เทคโนโลยีใหม่สุดล้ำทำให้รสชาติเปรี้ยวกลายเป็นเรื่องที่มีประโยชน์มากขึ้น googletag.cmd.push(function(){googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′);});
วิศวกรจากมหาวิทยาลัยไรซ์กำลังเปลี่ยนคาร์บอนมอนอกไซด์ให้เป็นกรดอะซิติก (สารเคมีที่ใช้กันอย่างแพร่หลายซึ่งทำให้รสชาติของน้ำส้มสายชูเข้มข้น) โดยตรงผ่านเครื่องปฏิกรณ์เร่งปฏิกิริยาแบบต่อเนื่อง ซึ่งสามารถใช้ไฟฟ้าจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีความบริสุทธิ์สูง
กระบวนการทางไฟฟ้าเคมีในห้องปฏิบัติการของวิศวกรเคมีและชีวโมเลกุลที่โรงเรียนวิศวกรรมบราวน์ มหาวิทยาลัยไรซ์ ได้แก้ปัญหาของการพยายามลดคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ให้เป็นกรดอะซิติกในอดีต ซึ่งกระบวนการเหล่านั้นต้องมีขั้นตอนเพิ่มเติมในการทำให้ผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์
เครื่องปฏิกรณ์ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมนี้ใช้ทองแดงลูกบาศก์ขนาดนาโนเมตรเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาหลัก และใช้อิเล็กโทรไลต์แข็งชนิดพิเศษ
จากการใช้งานในห้องปฏิบัติการอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 150 ชั่วโมง ปริมาณกรดอะซิติกในสารละลายที่ผลิตโดยอุปกรณ์นี้สูงถึง 2% ความบริสุทธิ์ของส่วนประกอบกรดสูงถึง 98% ซึ่งดีกว่าส่วนประกอบกรดที่ผลิตได้จากความพยายามในยุคแรกๆ ในการเปลี่ยนคาร์บอนมอนอกไซด์ให้เป็นเชื้อเพลิงเหลวโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาอย่างมาก
กรดอะซิติกใช้เป็นสารกันบูดในทางการแพทย์ ร่วมกับน้ำส้มสายชูและอาหารอื่นๆ นอกจากนี้ยังใช้เป็นตัวทำละลายสำหรับหมึก สี และสารเคลือบ และในกระบวนการผลิตไวนิลอะซิเตต ไวนิลอะซิเตตเป็นสารตั้งต้นของกาวขาวทั่วไป
กระบวนการของไรซ์นั้นใช้เครื่องปฏิกรณ์ในห้องปฏิบัติการของหวัง และผลิตกรดฟอร์มิกจากคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) งานวิจัยนี้ได้วางรากฐานที่สำคัญสำหรับหวัง (ผู้ได้รับแต่งตั้งเป็นนักวิจัยแพคการ์ดเมื่อเร็วๆ นี้) ซึ่งได้รับทุนสนับสนุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (NSF) จำนวน 2 ล้านดอลลาร์สหรัฐ เพื่อศึกษาค้นคว้าวิธีการเปลี่ยนก๊าซเรือนกระจกให้เป็นเชื้อเพลิงเหลวต่อไป
หวังกล่าวว่า “เรากำลังยกระดับผลิตภัณฑ์ของเราจากสารเคมีที่มีคาร์บอนหนึ่งอะตอมอย่างกรดฟอร์มิกไปเป็นสารเคมีที่มีคาร์บอนสองอะตอม ซึ่งมีความท้าทายมากขึ้น” “โดยทั่วไปแล้วผู้คนผลิตกรดอะซิติกในอิเล็กโทรไลต์เหลว แต่ผลิตภัณฑ์ยังมีประสิทธิภาพต่ำและมีปัญหาเรื่องการแยกตัวของอิเล็กโทรไลต์”
เซนฟ์เทิลกล่าวเสริมว่า “แน่นอนว่าโดยปกติแล้วกรดอะซิติกไม่ได้ถูกสังเคราะห์จาก CO หรือ CO2” “นี่คือประเด็นสำคัญ: เรากำลังดูดซับก๊าซเสียที่เราต้องการลดปริมาณลง และเปลี่ยนมันให้เป็นผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์”
มีการเชื่อมต่ออย่างระมัดระวังระหว่างตัวเร่งปฏิกิริยาทองแดงและอิเล็กโทรไลต์แข็ง โดยอิเล็กโทรไลต์แข็งถูกถ่ายโอนมาจากเครื่องปฏิกรณ์กรดฟอร์มิก หวังกล่าวว่า “บางครั้งทองแดงจะผลิตสารเคมีได้สองเส้นทางที่แตกต่างกัน” “มันสามารถลดคาร์บอนมอนอกไซด์ให้กลายเป็นกรดอะซิติกและแอลกอฮอล์ได้ เราออกแบบลูกบาศก์ที่มีด้านหนึ่งที่สามารถควบคุมการเชื่อมต่อระหว่างคาร์บอนกับคาร์บอนได้ และการเชื่อมต่อระหว่างคาร์บอนกับคาร์บอนที่ขอบจะนำไปสู่กรดอะซิติกแทนที่จะเป็นผลิตภัณฑ์อื่นๆ”
แบบจำลองทางคอมพิวเตอร์ของเซนท์เลและทีมของเขาช่วยปรับปรุงรูปทรงของลูกบาศก์ให้ดียิ่งขึ้น เขากล่าวว่า “เราสามารถแสดงประเภทของขอบบนลูกบาศก์ ซึ่งโดยพื้นฐานแล้วเป็นพื้นผิวที่มีลักษณะเป็นลอนมากกว่า ขอบเหล่านี้ช่วยทำลายพันธะ CO บางส่วน ทำให้ผลิตภัณฑ์สามารถถูกดัดแปลงได้ในรูปแบบใดรูปแบบหนึ่ง จำนวนจุดขอบที่มากขึ้นช่วยทำลายพันธะที่ถูกต้องในเวลาที่เหมาะสม”
เซนฟ์เลอร์กล่าวว่าโครงการนี้เป็นตัวอย่างที่ดีของการเชื่อมโยงทฤษฎีและการทดลองเข้าด้วยกัน เขากล่าวว่า “ตั้งแต่การบูรณาการส่วนประกอบในเครื่องปฏิกรณ์ไปจนถึงกลไกระดับอะตอม นี่เป็นตัวอย่างที่ดีของวิศวกรรมหลายระดับ” “มันสอดคล้องกับแนวคิดของนาโนเทคโนโลยีระดับโมเลกุลและแสดงให้เห็นว่าเราสามารถขยายไปสู่การใช้งานในอุปกรณ์จริงได้อย่างไร”
หวังกล่าวว่า ขั้นตอนต่อไปในการพัฒนาระบบที่สามารถขยายขนาดได้คือการปรับปรุงเสถียรภาพของระบบและลดพลังงานที่จำเป็นสำหรับกระบวนการลงอีก
จู เผิง, หลิว ชุนหยาน และเซี่ย ชวน นักศึกษาปริญญาโทจากมหาวิทยาลัยไรซ์ ร่วมกับ เจ. อีแวนส์ แอตต์เวลล์-เวลช์ นักวิจัยหลังปริญญาเอก ซึ่งเป็นผู้รับผิดชอบหลักในงานวิจัยชิ้นนี้
โปรดวางใจได้ว่าทีมงานบรรณาธิการของเราจะติดตามข้อเสนอแนะทุกข้ออย่างใกล้ชิดและจะดำเนินการตามความเหมาะสม ความคิดเห็นของคุณมีความสำคัญต่อเรามาก
ที่อยู่อีเมลของคุณจะใช้เพื่อแจ้งให้ผู้รับทราบว่าใครเป็นผู้ส่งอีเมลเท่านั้น ทั้งที่อยู่อีเมลของคุณและของผู้รับจะไม่ถูกนำไปใช้เพื่อวัตถุประสงค์อื่นใด ข้อมูลที่คุณป้อนจะปรากฏในอีเมลของคุณ แต่ Phys.org จะไม่เก็บรักษาข้อมูลเหล่านั้นไว้ในรูปแบบใดๆ
ส่งข้อมูลอัปเดตรายสัปดาห์และ/หรือรายวันไปยังกล่องจดหมายของคุณ คุณสามารถยกเลิกการสมัครรับข้อมูลได้ทุกเมื่อ และเราจะไม่เปิดเผยข้อมูลของคุณกับบุคคลที่สามโดยเด็ดขาด
เว็บไซต์นี้ใช้คุกกี้เพื่อช่วยในการนำทาง วิเคราะห์การใช้งานบริการของเรา และนำเสนอเนื้อหาจากบุคคลที่สาม การใช้เว็บไซต์ของเราแสดงว่าคุณได้อ่านและเข้าใจนโยบายความเป็นส่วนตัวและข้อกำหนดการใช้งานของเราแล้ว