MATERIALI AVANZATI: evitare che il ferro arruginisca

Ricerca sui modi più efficienti per creare combustibili e sostanze chimiche da risorse vegetali rinnovabili.

I ricercatori della Washington State University hanno compiuto un primo passo fondamentale nella conversione economica dei materiali vegetali in combustibili: evitare che il ferro si arrugginisca.

I ricercatori hanno determinato come evitare che il ferro si arrugginisca in importanti reazioni chimiche necessarie per convertire i materiali vegetali in combustibili, il che significa che l’elemento economico e prontamente disponibile potrebbe essere utilizzato per una conversione dei biocarburanti economica.

Guidati da Yong Wang, Voiland Distinguished Professor presso la Gene e Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering, e Shuai Wang dello State Key Laboratory for Physical Chemistry of Solid Surfaces presso l’Università di Xiamen, i ricercatori riferiscono del loro lavoro sulla copertina del Numero di luglio di ACS Catalysis.

I ricercatori hanno cercato di trovare modi più efficienti per creare combustibili e sostanze chimiche da risorse vegetali rinnovabili, come le alghe, i rifiuti delle colture o i residui forestali.

Ma questi biocarburanti tendono ad essere più costosi con una minore densità di energia rispetto ai combustibili fossili. Un grande ostacolo nell’utilizzo di materie prime vegetali per il carburante è che l’ossigeno deve essere rimosso da esse prima che possano essere utilizzate.

“Vuoi utilizzare il catalizzatore più economico per rimuovere l’ossigeno”, ha detto Jean-Sabin McEwen, coautore del documento e professore associato presso la Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering. “Il ferro è una buona scelta perché è super abbondante.”

I catalizzatori a base di ferro mostrano una grande promessa per essere in grado di rimuovere l’ossigeno, ma poiché i materiali vegetali contengono anche ossigeno, il ferro si ossida o si arrugginisce durante la reazione, e quindi la reazione smette di funzionare.

Il trucco sta nel far sì che il ferro rimuova l’ossigeno dalle piante senza assorbire così tanto ossigeno da interrompere la reazione.

Nel loro lavoro, i ricercatori hanno ancorato il loro catalizzatore di ferro a una struttura di carbonio che è stata modificata per incorporare l’azoto.

La struttura modifica le proprietà del ferro, in modo che interagisca meno con l’ossigeno mentre continua a svolgere il lavoro richiesto di rimozione dell’ossigeno dal materiale vegetale.

I ricercatori hanno utilizzato l’azoto come una sorta di quadrante di controllo per regolare l’interazione del ferro con l’ossigeno. In un altro articolo pubblicato di recente su Chemical Science guidato da Yong Wang e Junming Sun, assistente professore di ricerca presso la Gene and Linda Voiland School of Chemical Engineering and Bioengineering, i ricercatori hanno scoperto un catalizzatore durevole a base di ferro con un sottile strato di grafene di carbonio attorno ad esso .

Lo strato di grafene proteggeva il ferro mentre gli ioni di cesio hanno permesso ai ricercatori di adattare le sue proprietà elettroniche per la reazione desiderata.


“Abbiamo ridotto la reazione dell’ossigeno”, ha detto Sun.

“Proteggendo il ferro e regolando le sue proprietà, questi lavori forniscono la base scientifica per utilizzare il ferro abbondante ed economico come catalizzatore per la conversione della biomassa”.

I ricercatori stanno ora lavorando per comprendere meglio la chimica delle reazioni, in modo da poter aumentare ulteriormente la reattività dei catalizzatori di ferro.

Dovranno anche provare i loro catalizzatori con materie prime reali invece dei composti modello utilizzati per lo studio.

Le materie prime raccolte dai campi agricoli saranno più complicate nelle loro composizioni con molte impurità, ei ricercatori dovrebbero anche integrare il loro catalizzatore in una serie di passaggi che vengono utilizzati nel processo di conversione.

“Stiamo cercando di rendere la conversione il più economicamente possibile”, ha detto Wang. “La chiave sta cercando di trovare catalizzatori robusti basati su elementi a basso costo e abbondanti sulla terra.

Questo è un primo passo in quella direzione”. Il lavoro è stato finanziato dalla National Science Foundation e dal Department of Energy.

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