تولید پراکسید هیدروژن با نور خورشید و آب: دستاورد تحول‌آفرین دانشمندان کرنل

انقلاب سبز در تولید پراکسید هیدروژن

دانشمندان دانشگاه کرنل موفق به توسعه یک روش نوین و بالقوه تحول‌آفرین برای تولید پراکسید هیدروژن شده‌اند. این ماده شیمیایی فوق‌العاده پرکاربرد، که سالانه به میلیون‌ها تن در سراسر جهان تولید می‌شود، اکنون می‌تواند تنها با استفاده از نور خورشید، آب و هوا و بدون وابستگی به سوخت‌های فسیلی تولید شود. نتایج این پژوهش مهم در نشریه معتبر Nature Communications منتشر شده است.

چالش‌های روش تولید سنتی

پراکسید هیدروژن در طیف وسیعی از صنایع و مصارف خانگی کاربرد دارد؛ از سفید کردن کاغذ و تصفیه فاضلاب گرفته تا ضدعفونی سطوح و تولید محصولات الکترونیکی. با این حال، فرآیند تولید کنونی آن که به روش آنتراکینون شهرت دارد، با مشکلات عمده‌ای همراه است:

• وابستگی کامل به سوخت‌های فسیلی.
• تولید پسماند‌های شیمیایی مضر.
• نیاز به کارخانه‌های متمرکز بزرگ.
• حمل و نقل متمرکز پراکسید هیدروژن که با خطرات ایمنی و محیط‌زیستی جدی همراه است.

علی‌رضا عباس‌پورراد، استادیار شیمی غذایی دانشگاه کرنل و نویسنده مسئول این تحقیق، تاکید می‌کند که این فرآیند قدیمی، آلوده‌کننده و ناسالم است.

مکانیسم عمل: کاتالیزورهای نوری نوین

تحقیق جدید بر پایه طراحی و معرفی دو ماده مهندسی‌شده حساس به نور بنا شده است که قادرند واکنش تبدیل آب و اکسیژن به پراکسید هیدروژن را هدایت کنند. این مواد که تحت عنوان ATP-COF-۱ و ATP-COF-۲ شناخته می‌شوند، از خانواده چارچوب‌های آلی کووالانسی (COF) هستند.

امین زادهنظری، نویسشگر اول مقاله، نحوه عملکرد این مواد را اینگونه توضیح می‌دهد:

• جذب نور مرئی.
• جداسازی بارهای تولیدشده توسط فوتون‌ها.
• هدایت واکنش شیمیایی برای تولید پراکسید هیدروژن.

این مواد تحت نور مرئی کارآمد، پایدار و قابل استفاده مجدد هستند و عملکردی رقابتی در تولید پراکسید هیدروژن با نور خورشید نشان داده‌اند. این دستاورد، مشکل بهره‌وری و پایداری کاتالیزورهای نوری قبلی را برطرف می‌کند.

آینده تولید غیرمتمرکز و ایمن

عملی شدن این روش نوین، پیامدهای مثبت گسترده‌ای در پی خواهد داشت. مهم‌ترین تحول، امکان تولید محلی و غیرمتمرکز پراکسید هیدروژن است. این امر به صنایع، بیمارستان‌ها یا حتی تأسیسات محلی تصفیه آب اجازه می‌دهد تا این ماده شیمیایی را در محل مصرف خود تولید کنند.

مزایای تولید در محل:

• کاهش قابل توجه انتشار گازهای گلخانه‌ای.
• کاهش مصرف کلی انرژی.
• افزایش ایمنی با حذف نیاز به حمل و نقل و ذخیره‌سازی متمرکز مواد واکنش‌پذیر.
• دسترسی آسان‌تر به ماده ضدعفونی‌کننده در مناطق دورافتاده یا با منابع محدود.

تولید پراکسید هیدروژن در محل با استفاده از نور خورشید می‌تواند وابستگی به حمل و نقل و ذخیره‌سازی متمرکز این ماده واکنش‌پذیر را کاهش دهد که یکی از دغدغه‌های اصلی ایمنی است. تولیدکنندگان محلی کوچک می‌توانند این ماده را برای تصفیه آب، بیمارستان‌ها یا مصارف خانگی بدون نیاز به زیرساخت‌های پیچیده تولید کنند.

محققان اذعان دارند که چالش اصلی پیش رو، کاهش هزینه‌های تولید انبوه این جایگزین پایدار است تا بتواند با فرآیند ارزان قیمت آنتراکینون رقابت کند. با وجود این، تیم پژوهشی در حال کار بر روی افزایش مقیاس مواد، بهینه‌سازی عملکرد و ادغام سیستم در دستگاه‌های کاربردی برای تحقق این چشم‌انداز پاک‌تر، ایمن‌تر و در دسترس‌تر هستند.