Une équipe de chercheurs a développé un portable, méthode plus respectueuse de l'environnement pour produire du peroxyde d'hydrogène. Cela pourrait permettre aux hôpitaux de faire leur propre approvisionnement en désinfectant à la demande et à moindre coût.

L'oeuvre, une collaboration entre l'Université de Californie à San Diego, Université de Columbia, Laboratoire national de Brookhaven, l'Université de Calgary, et l'Université de Californie, Irvine, est détaillé dans un article publié dans Communication Nature .

Le peroxyde d'hydrogène a récemment fait la une des journaux alors que les chercheurs et les centres médicaux du pays testaient sa viabilité en décontaminant les masques N95 pour faire face aux pénuries au milieu de la pandémie de COVID-19.

Bien que les résultats soient jusqu'à présent prometteurs, certains chercheurs craignent que la faible durée de conservation du produit chimique ne rende de tels efforts de décontamination coûteux.

Le principal problème est que le peroxyde d'hydrogène n'est pas stable; il commence à se décomposer en eau et en oxygène avant même que la bouteille n'ait été ouverte. Il se décompose encore plus rapidement une fois exposé à l'air ou à la lumière.

"Vous n'avez peut-être que quelques mois pour l'utiliser avant qu'il n'expire, il faudrait donc commander des lots plus fréquemment pour garder un approvisionnement frais, ", a déclaré Zheng Chen, professeur de nano-ingénierie à l'UC San Diego. "Et parce qu'il se décompose si rapidement, l'expédition et le stockage deviennent très coûteux."

Chen et ses collègues ont développé un rapide, méthode simple et peu coûteuse pour générer du peroxyde d'hydrogène dans la maison en utilisant juste un petit flacon, air, un électrolyte du commerce, un catalyseur et de l'électricité.

« Notre objectif est de créer une configuration portable qui peut être simplement branchée afin que les hôpitaux, et même des ménages, avoir un moyen de générer du peroxyde d'hydrogène à la demande, " dit Chen. " Pas besoin de l'expédier, pas besoin de le stocker, et pas pressé de tout utiliser avant son expiration. Cela pourrait permettre d'économiser jusqu'à 50 à 70 % de coûts."

Un autre avantage est que la méthode est moins toxique que les procédés industriels.

La méthode est basée sur une réaction chimique dans laquelle une molécule d'oxygène se combine avec deux électrons et deux protons dans une solution d'électrolyte acide pour produire du peroxyde d'hydrogène. Ce type de réaction est connu sous le nom de réaction de réduction de l'oxygène à deux électrons, et il est convivial car il peut produire du peroxyde d'hydrogène dilué avec la concentration souhaitée à la demande. « À l'étape suivante, nous développerons des électrocatalyseurs adaptés à d'autres solutions électrolytiques pour élargir encore la gamme de ses applications, ", a déclaré Qiaowan Chang, étudiant diplômé en génie chimique de l'UC San Diego.

La clé pour que cette réaction se produise est un catalyseur spécial que l'équipe a développé. Il est composé de nanotubes de carbone partiellement oxydés, ce qui signifie que des atomes d'oxygène ont été attachés à la surface. Les atomes d'oxygène sont liés à de minuscules amas de trois à quatre atomes de palladium. Ces liaisons entre les amas de palladium et les atomes d'oxygène sont ce qui permet à la réaction de se produire avec une sélectivité et une activité élevées en raison de son énergie de liaison optimale de l'intermédiaire clé pendant la réaction.

Le professeur de génie chimique de l'Université de Columbia, Jingguang Chen, a déclaré :"La coordination entre le cluster Pd modifié par l'oxygène et les groupes fonctionnels contenant de l'oxygène sur les nanotubes de carbone est la clé pour améliorer ses performances catalytiques."

L'équipe a initialement développé cette méthode pour rendre les processus de recyclage des batteries plus écologiques. Le peroxyde d'hydrogène est l'un des produits chimiques utilisés pour extraire et récupérer des métaux comme le cuivre, nickel, cobalt et magnésium des batteries lithium-ion usagées. De la même manière, il rend également plus efficace l'activation des molécules d'hydrocarbures, qui est une étape critique dans de nombreux procédés chimiques industriels.

"Nous travaillions sur ce projet depuis environ un an et demi. Alors que nous terminions les choses, la pandémie de COVID-19 a frappé, ", a déclaré Chen. Voir des reportages sur l'utilisation de vapeur de peroxyde d'hydrogène pour désinfecter les masques N95 en vue de leur réutilisation a motivé l'équipe à changer de direction.

"Nous avons vu qu'il y avait un besoin plus pressant d'efforts pour aider les travailleurs de la santé qui peuvent ne pas avoir une protection suffisante tout en soignant des patients souffrant du nouveau coronavirus, " il a dit.

Le travail est au stade de la validation de principe. Avancer, l'équipe travaillera sur l'optimisation et la mise à l'échelle de la méthode pour une utilisation potentielle dans les hôpitaux. Les études futures incluent la modification de la méthode afin qu'elle puisse être effectuée en utilisant un électrolyte neutre (essentiellement une solution saline) au lieu d'un électrolyte acide, ce qui serait mieux pour les applications domestiques et cliniques, dit Chen. Une partie de ce travail continu est actuellement soutenue par le Sustainable Power and Energy Center de l'UC San Diego.