Neutraliserande fluorkolväten

Fluorkolväten – vanliga kemikalier där kol är bundet till fluor – är potenta växthusgaser, och vissa bildar giftiga föreningar som kan ackumuleras i miljön. Men att neutralisera fluorkolväten har krävt en process vars höga temperatur driver upp kostnaden, vilket begränsar användningen. Forskare vid Brandeis University rapporterar i Vetenskap idag att de har hittat en katalysator som bryter kol-fluorbindningen vid rumstemperatur, vilket lovar enklare och effektivare bortskaffande av irriterande föroreningar.

Broken Apart: Forskare vid Brandeis University använde en silyium-carboran-katalysator för att bryta kol-fluorbindningar vid rumstemperatur. Detta lovar att göra det enklare och mer effektivt att göra sig av med föroreningar.

Styrkan hos fluor-kolbindningen gör fluorkolväten värdefulla i kemiskt resistenta och hållbara material som fläckavvisande medel, nonstick-kokkärl och kylmedel. Men det förklarar också varför de är så svåra att göra sig av med. En typ av fluorkolväten, de ozonförstörande klorfluorkolvätena (CFC), har nu blivit allmänt förbjudna enligt Montrealprotokollet, men de två andra huvudtyperna ger också miljöproblem.

En av dem används nu istället för CFC som kylvätska i kylskåp och luftkonditioneringsenheter. Där sådana köldmedier läcker ut i miljön fungerar de som växthusgaser som är tusen gånger mer potenta än koldioxid.

En annan typ av fluorkolväte används i många medicinska tillämpningar, inklusive konstgjort blod. Det är också en potent växthusgas och kommer ut i atmosfären som en biprodukt från aluminiumindustrin. Men vissa arter av det är också giftiga och ackumuleras i näringskedjan, vilket möjligen ökar risken för cancer, fosterskador och andra hälsoproblem.

Brandeis Oleg Ozerov , ledande forskare av strömmen Vetenskap studie, hittade ett sätt att knäcka kol-fluorbindningen genom att använda en kiselbaserad katalysator som återvinner sig själv, så att den kan utlösa nedbrytningsreaktionen om och om igen.

Grundtanken är att vi använder tre saker: fluorkolvätet, en kiselbaserad vätekälla och en katalysator som förmedlar mellan de två för att ersätta fluoret i fluorkolvätet med väte, säger Ozerov. Den aktiva delen av katalysatorn är en positivt laddad kiselförening som sätter igång reaktionen genom att slita fluoret ur fluorkolbindningen.

Att ha en fluor riven ut, förklarar Ozerov, gör att det tidigare fluorkolvätet drar ut en vätemolekyl ur det kiselbaserade materialet. Att förlora ett väte förvandlar i sin tur det kiselbaserade materialet till en annan instans av katalysatorn, så att reaktionen kan fortsätta.

För att få den initiala katalysatorn att fungera var Ozerov och hans kollega Christos Douvris tvungna att stabilisera den genom att samarbeta med en mycket icke-reaktiv, negativt laddad jon som skulle störa målreaktionen så lite som möjligt.

Slutprodukterna från reaktionen, kolväten och fluorsilaner, har inga växthusgasegenskaper och är lättare att kassera än fluorkolväten.

Ozerov och Douvris provade sin katalytiska metod på tre fluorkoltestsubstrat. I varje fall lyckades de få nästan allt material att reagera; ett substrat tog bara sex timmar att bryta ner helt, vid endast 25 °C.

Robin Perutz , en katalysatorexpert vid University of York, i Storbritannien, säger att Ozerov och Douvris metod är en imponerande upptäckt. Det är verkligen viktigt att omvandla problematiska fluorkolväten till något ganska ofarligt, och för närvarande kan detta bara göras med extremt hög temperaturkemi. De här killarna har sagt att vi kan göra oerhört mycket bara vid rumstemperatur, och det är ett stort steg mot att bli av med fler oönskade fluorkolväten.

Det finns dock några utmaningar att möta innan katalysatorn kan användas för att rensa upp fluorkolväten i stor skala. Till att börja med skulle billigare källor behöva hittas för de kiselbaserade reagensen, säger Ozerov.

Véronique Garny, chef för gruppen för fluorerade kemikalier på European Chemical Industry Council , säger att det även då kan vara svårt för katalysatortekniken att slå de etablerade metoderna. Fluorosilaner, erkänner Ozerov, har viss toxicitet – även om han säger att de lätt kan bearbetas vidare. Men enligt Garny är de befintliga teknikerna enklare, har helt giftfria slutprodukter och fungerar bra med starkt kontaminerade utgångsmaterial, något som Ozerovs process fortfarande behöver visa.

Garny ser mer potential för katalysatormetoden för att attackera fasta och flytande fluorkolväten som förorenar mark och vatten. Perutz påpekar dock att dessa föroreningar ofta är särskilt svåra att bryta ner eftersom de är extra rika på starka fluor-kolbindningar. Ozerov och Douvris har ännu inte testat sin metod mot sådana motsträviga fluorkolväten.

Tekniken har fortfarande ganska lång väg att gå innan den kan användas brett, säger Perutz. Men det är verkligen ett mycket lovande steg med mycket potential.

Dölj