Une image au microscope électronique montre des nanocubes de cuivre utilisés par les ingénieurs de l'Université Rice pour catalyser la transformation du monoxyde de carbone en acide acétique. Crédit :Wang Group/Senftle Group/Rice University
Un nouveau processus doux rend l'acide plus pratique.
Les ingénieurs de l'Université Rice transforment le monoxyde de carbone directement en acide acétique - l'agent chimique largement utilisé qui donne au vinaigre son goût - avec un réacteur catalytique continu qui peut utiliser efficacement l'électricité renouvelable pour produire un produit hautement purifié.
Le processus électrochimique des laboratoires des ingénieurs chimistes et biomoléculaires Haotian Wang et Thomas Senftle de la Brown School of Engineering de Rice résout les problèmes liés aux précédentes tentatives de réduction du monoxyde de carbone (CO) en acide acétique. Ces processus nécessitaient des étapes supplémentaires pour purifier le produit.
Le réacteur respectueux de l'environnement utilise des cubes de cuivre à l'échelle nanométrique comme catalyseur principal ainsi qu'un électrolyte à l'état solide unique.
En 150 heures de fonctionnement continu en laboratoire, l'appareil produisait une solution contenant jusqu'à 2 % d'acide acétique dans l'eau. Le composant acide était pur jusqu'à 98 %, bien meilleure que celle produite par les tentatives précédentes de catalyser le CO en carburant liquide.
Les détails apparaissent dans le Actes de l'Académie nationale des sciences.
Avec le vinaigre et d'autres aliments, l'acide acétique est utilisé comme antiseptique dans des applications médicales; comme solvant pour l'encre, peinture et revêtements; et dans la production d'acétate de vinyle, un précurseur de la colle blanche commune.
Les ingénieurs de l'Université Rice ont développé un réacteur pour produire de l'acide acétique liquide directement à partir de monoxyde de carbone. Le réacteur utilise un catalyseur de nanocubes de cuivre et un électrolyte à l'état solide. Crédit :Illustration de Peng Zhu/Université du riz
Le procédé Rice s'appuie sur le réacteur du laboratoire Wang pour produire de l'acide formique à partir de dioxyde de carbone (CO
"Nous améliorons le produit à partir d'un produit chimique à un carbone, l'acide formique, à deux carbones, ce qui est plus difficile, " a déclaré Wang. " Les gens produisent traditionnellement de l'acide acétique dans les électrolytes liquides, mais ils ont toujours le problème des faibles performances ainsi que la séparation du produit de l'électrolyte."
"L'acide acétique n'est généralement pas synthétisé, bien sûr, de CO ou CO
Il a fallu un couplage minutieux entre le catalyseur au cuivre et l'électrolyte solide, ce dernier est transféré du réacteur d'acide formique. "Parfois, le cuivre produira des produits chimiques le long de deux voies différentes, " Wang a dit. " Il peut réduire le CO en acide acétique et alcools. Nous avons conçu des cubes de cuivre dominés par une facette qui peut aider ce couplage carbone-carbone, avec des bords qui dirigent le couplage carbone-carbone vers l'acide acétique au lieu d'autres produits."
Les modèles informatiques de Senftle et de son équipe ont aidé à affiner le facteur de forme des cubes. "Nous avons pu montrer qu'il existe des types d'arêtes sur le cube, surfaces essentiellement plus ondulées, qui facilitent la rupture de certaines liaisons C-O qui orientent les produits dans un sens ou dans l'autre, ", a-t-il déclaré. "Avoir plus de sites périphériques favorise la rupture des bons liens au bon moment."
Senftle a déclaré que le projet était une excellente démonstration de la façon dont la théorie et l'expérience devraient s'imbriquer. "C'est un bel exemple d'ingénierie à plusieurs niveaux, de l'intégration des composants dans un réacteur jusqu'au mécanisme au niveau atomistique, " a-t-il dit. " Cela correspond aux thèmes de la nanotechnologie moléculaire, montrant comment nous pouvons l'adapter à des appareils du monde réel."
La prochaine étape du développement d'un système évolutif consiste à améliorer la stabilité du système et à réduire davantage la quantité d'énergie requise par le processus, a dit Wang.
Les étudiants diplômés du riz Peng Zhu et Chun-Yen Liu et Chuan Xia, le boursier postdoctoral J. Evans Attwell-Welch, sont co-auteurs principaux de l'article.
