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Engenheiros da Universidade Rice estão convertendo diretamente monóxido de carbono em ácido acético (um composto químico amplamente utilizado que confere ao vinagre seu sabor forte) por meio de um reator catalítico contínuo, que pode usar eletricidade renovável de forma eficiente para produzir produtos altamente purificados.
O processo eletroquímico desenvolvido no laboratório de engenheiros químicos e biomoleculares da Escola de Engenharia Brown da Universidade Rice resolveu o problema das tentativas anteriores de reduzir o monóxido de carbono (CO) a ácido acético. Esses processos exigem etapas adicionais para purificar o produto.
O reator ecológico utiliza cobre cúbico nanométrico como catalisador principal e um eletrólito sólido exclusivo.
Após 150 horas de operação contínua em laboratório, o teor de ácido acético na solução aquosa produzida por este equipamento atingiu 2%. A pureza do componente ácido chegou a 98%, valor muito superior ao obtido em tentativas anteriores de conversão catalítica de monóxido de carbono em combustível líquido.
O ácido acético é usado como conservante em aplicações médicas, juntamente com vinagre e outros alimentos. É utilizado como solvente para tintas, vernizes e revestimentos; na produção de acetato de vinila, este é o precursor da cola branca comum.
O processo Rice baseia-se em um reator no laboratório de Wang e produz ácido fórmico a partir de dióxido de carbono (CO2). Essa pesquisa lançou uma base importante para Wang (recentemente nomeado bolsista Packard), que recebeu uma verba de US$ 2 milhões da Fundação Nacional de Ciência (NSF) para continuar explorando maneiras de converter gases de efeito estufa em combustíveis líquidos.
Wang afirmou: “Estamos aprimorando nossos produtos, passando de um composto químico de um carbono, o ácido fórmico, para um composto de dois carbonos, o que é mais desafiador.” “Tradicionalmente, o ácido acético é produzido em eletrólitos líquidos, mas ainda apresenta baixo desempenho e o produto sofre com o problema da separação do eletrólito.”
Senftle acrescentou: "É claro que o ácido acético normalmente não é sintetizado a partir de CO ou CO2." "Esse é o ponto: estamos absorvendo o gás residual que queremos reduzir e transformando-o em produtos úteis."
Um acoplamento cuidadoso foi realizado entre o catalisador de cobre e o eletrólito sólido, e o eletrólito sólido foi transferido do reator de ácido fórmico. Wang disse: "Às vezes, o cobre produz substâncias químicas por duas vias diferentes. Ele pode reduzir o monóxido de carbono a ácido acético e álcool. Projetamos um cubo com uma face que controla o acoplamento carbono-carbono, e as arestas do acoplamento carbono-carbono levam à formação de ácido acético em vez de outros produtos."
O modelo computacional de Senftle e sua equipe ajudou a refinar o formato do cubo. Ele disse: “Conseguimos mostrar o tipo de arestas do cubo, que são basicamente superfícies mais onduladas. Elas ajudam a quebrar certas ligações-chave, permitindo que o produto seja manipulado de uma forma ou de outra. Mais pontos de contato nas arestas ajudam a quebrar a ligação certa no momento certo.”
Senftler afirmou que o projeto é uma boa demonstração de como a teoria e a experimentação devem ser conectadas. Ele disse: “Da integração dos componentes no reator ao mecanismo em nível atômico, este é um bom exemplo de vários níveis de engenharia”. “Ele se encaixa no tema da nanotecnologia molecular e mostra como podemos estendê-la a dispositivos do mundo real.”
Wang afirmou que o próximo passo no desenvolvimento de um sistema escalável é melhorar a estabilidade do sistema e reduzir ainda mais a energia necessária para o processo.
Os estudantes de pós-graduação da Universidade Rice, Zhu Peng, Liu Chunyan e Xia Chuan, e J. Evans Attwell-Welch, pesquisador de pós-doutorado, são os principais responsáveis ​​pelo artigo.
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