Воздух, вода и электричество: ученые из Массачусетского технологического университета усовершенствовали антрахиноновый процесс.
Схема установки, предложенной учеными / © Murray, Voskian, Surendranath et al., Joule, 2019
Пероксид (перекись) водорода — препарат, используемый для обеззараживания ран и поверхностей, а также как обесцвечивающее средство. По своему составу перекись отличается от воды дополнительной молекулой кислорода, имея химическую формулу H2O2. Первооткрыватель, химик Луи Жак Тенар, получил его два века назад с помощью реакции бария и азотной кислоты. Позже его добывали путем электролиза и последующего гидролиза серной кислоты.
Сегодня его синтезируют в рамках антрахинонового процесса — окисления водорода кислородом в присутствии катализатора, молекулы алкилантрагидрохинона. Плюсы — много перекиси на выходе, минусы — очень неудобно, если необходимые для производства вещества нужно доставлять в географически отдаленные места.
Например, водород для этого процесса обычно получают из метана, взрывоопасного газа. Да и сам продукт реакции взрывоопасен: перевозить пероксид в чистом виде или слаборазбавленным (более 35% перекиси) нельзя. Кроме того, для ускорения процесса в реакторе часто используют токсичные металлы типа ртути или свинца. Это повышает вероятный вред антрахинонового процесса для окружающей среды.
Авторы работы, опубликованной в Joule, предложили способ, который поможет экологично получить пероксид водорода в любом удаленном от Большой земли поселении, сообществе или на предприятии. Для этого они модифицировали антрахиноновый процесс: вместо того чтобы получать водород из метана, ученые предложили добывать H2 в процессе электролиза (разложение под влиянием электрического тока) воды. Полученный таким методом водород далее обычным способом подается в проточный реактор, где в насыщенной кислородом среде образует пероксид.
«Это в своем роде удивительный процесс, ведь вы берете много составляющих — воду, воздух, электричество, — которые можете получить прямо на месте, и используете их для производства важного химического вещества, которое затем можете применить для фактической очистки окружающей среды», — говорит один из авторов работы Йогеш Сурендранатх. Экспериментальная установка, собранная учеными, уже продемонстрировала хорошую работоспособность при минимальных затратах энергии.
Авторы работы отмечают, что антрахиноновый процесс можно дорабатывать. Наиболее перспективным видится изменение концентрации катализатора в проточных реакторах либо подбор другого, более экономичного катализатора.
Ранее ученые из Кембриджского университета предложили использовать искусственный фотосинтез для получения синтез-газа (смеси кислорода и водорода), а специалисты из Стэнфорда разработали гель для предотвращения лесных пожаров.
