ASC AMI: Новый метод поможет эффективнее чистить среду от опасных химикатов

Инженеры Университета Райса создали новый метод производства ковалентных органических каркасов, COF. Это специальные материалы, которые можно использовать для улавливания газов, фильтрации воды и ускорения химических реакций.

Органические карткасы помогают решать важные экологические проблемы, такие как хранение энергии и борьба с загрязнением окружающей среды. Например, их можно применять для обезвреживания «вечных химикатов» или пер- и полифторалкильных веществ (PFAS).

В журнале ACS Applied Materials and Interfaces опубликована статья инженера-химика Рафаэля Вердуско из Райса и его команды. В ней описан новый способ синтеза высококачественных COF, который отличается низкой стоимостью, высокой производительностью и универсальностью. Для синтеза используется многопоточный микрореактор и точная калибровка процесса ввода-вывода.

Мы создали систему непрерывного производства, в которой ингредиенты смешиваются и реагируют непрерывным потоком. Это похоже на мини-завод на лабораторном столе, — рассказала Сафия Халил, выпускница докторантуры Райса и первый автор исследования.

Один из полученных COF лучше расщепляет перфтороктановую кислоту (PFOA), чем те, которые были получены другими методами. А PFOA связана с рядом рисков для здоровья, включая рак и репродуктивную функцию.

Это открытие может помочь в разработке более чистых и эффективных технологий удаления загрязнений, считает профессор и доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии в Райсе Вердузко, который является автором-корреспондентом исследования.

COF — это кристаллические полимеры, состоящие из повторяющихся единиц. Они похожи на губки и имеют пористую структуру с большой площадью поверхности. Эти особенности позволяют использовать их в разных областях: полупроводниках, сенсорах, доставке лекарств и фильтрации.

Однако массовое производство таких материалов ограничено из-за высокой стоимости процесса. Халил, получившая степень доктора философии в области химической и биомолекулярной инженерии, надеется, что новый метод упростит и ускорит производство COF.

Исследователи из Райса предложили новый метод, который похож на изготовление печенья небольшими партиями на заказ. В отличие от предыдущих подходов, он объединяет непрерывный синтез и обработку двух разных химикатов. Это позволяет получать более разнообразные макроскопические форматы COF.

Халил отмечает преимущества этого метода: процесс быстрее, потребляет меньше энергии и позволяет лучше контролировать конечный продукт.

Традиционный синтез COF требует высоких температур, давления и токсичных органических растворителей, поэтому его сложно использовать в производстве.

Исследователи разработали стратегию проточного синтеза, которая позволяет ускорить производство COF и создать материал с превосходной кристалличностью.

Новый метод имеет практическое преимущество: один из синтезированных COF эффективно расщепляет «вечный химикат». Процесс распада происходит при комнатной температуре и активируется светом.

COF — это мощные губки со встроенными «двигателями солнечного света». Они могут расщеплять вредные химические вещества быстрее, чем существующие методы, — говорит Халил.

Один из синтезированных нами COF эффективнее расщепляет PFOA, чем традиционные материалы, например диоксид титана, который часто используют как фотокатализатор для борьбы с загрязнением.

30.09.2024