Un equipo de investigadores ha desarrollado un portátil, método más ecológico para producir peróxido de hidrógeno. Podría permitir a los hospitales hacer su propio suministro de desinfectante a pedido y a un costo menor.

La obra, una colaboración entre la Universidad de California San Diego, Universidad de Colombia, Laboratorio Nacional Brookhaven, la Universidad de Calgary, y la Universidad de California, Irvine, se detalla en un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza .

El peróxido de hidrógeno ha aparecido recientemente en los titulares, ya que los investigadores y los centros médicos de todo el país han estado probando su viabilidad para descontaminar las máscaras N95 para hacer frente a la escasez en medio de la pandemia de COVID-19.

Si bien los resultados hasta ahora son prometedores, A algunos investigadores les preocupa que la escasa vida útil del producto químico pueda hacer que tales esfuerzos de descontaminación sean costosos.

El principal problema es que el peróxido de hidrógeno no es estable; comienza a descomponerse en agua y oxígeno incluso antes de que se abra la botella. Se degrada aún más rápidamente una vez que se expone al aire o la luz.

"Quizás solo tenga un par de meses para usarlo antes de que caduque, por lo que tendría que pedir lotes con más frecuencia para mantener un suministro fresco, ", dijo el profesor de nanoingeniería de UC San Diego, Zheng Chen." Y debido a que se descompone tan rápido, enviarlo y almacenarlo se vuelve muy caro ".

Chen y sus colegas desarrollaron un método simple y económico para generar peróxido de hidrógeno en casa usando solo un pequeño matraz, aire, un electrolito listo para usar, un catalizador y electricidad.

"Nuestro objetivo es crear una configuración portátil que se pueda enchufar simplemente para que los hospitales, e incluso hogares, tener una forma de generar peróxido de hidrógeno a pedido, "Dijo Chen." No es necesario enviarlo, no es necesario almacenarlo, y no hay prisa por usarlo todo antes de que expire. Esto podría ahorrar hasta un 50 a un 70% en costos ".

Otra ventaja es que el método es menos tóxico que los procesos industriales.

El método se basa en una reacción química en la que una molécula de oxígeno se combina con dos electrones y dos protones en una solución ácida de electrolitos para producir peróxido de hidrógeno. Este tipo de reacción se conoce como reacción de reducción de oxígeno de dos electrones, y es fácil de usar porque puede producir peróxido de hidrógeno diluido con la concentración deseada bajo demanda. "En el siguiente paso, Desarrollaremos electrocatalizadores adecuados para otras soluciones de electrolitos para aumentar aún más el rango de sus aplicaciones, ", dijo el estudiante graduado de ingeniería química de UC San Diego, Qiaowan Chang.

La clave para hacer que ocurra esta reacción es un catalizador especial que desarrolló el equipo. Está formado por nanotubos de carbono parcialmente oxidados, lo que significa que los átomos de oxígeno se han adherido a la superficie. Los átomos de oxígeno están unidos a pequeños grupos de tres a cuatro átomos de paladio. Estos enlaces entre los grupos de paladio y los átomos de oxígeno son los que permiten que la reacción se produzca con una alta selectividad y actividad debido a su energía de unión óptima del intermedio clave durante la reacción.

El profesor de ingeniería química de la Universidad de Columbia, Jingguang Chen, dijo:"La coordinación entre el grupo de Pd modificado con oxígeno y los grupos funcionales que contienen oxígeno en los nanotubos de carbono es la clave para mejorar su rendimiento catalítico".

El equipo desarrolló originalmente este método para hacer que los procesos de reciclaje de baterías sean más ecológicos. El peróxido de hidrógeno es uno de los productos químicos que se utilizan para extraer y recuperar metales como el cobre, níquel, cobalto y magnesio de baterías de iones de litio usadas. Similar, también hace que la activación de moléculas de hidrocarburos sea más eficiente, que es un paso crítico en muchos procesos químicos industriales.

"Hemos estado trabajando en este proyecto durante aproximadamente un año y medio. Mientras estábamos terminando, el golpe de la pandemia de COVID-19, ", Dijo Chen. Ver informes de noticias sobre el uso de vapor de peróxido de hidrógeno para desinfectar máscaras N95 para su reutilización motivó al equipo a cambiar de dirección.

"Vimos que había una necesidad más urgente de realizar esfuerzos para ayudar a los trabajadores de la salud que pueden no tener la protección suficiente mientras atienden a los pacientes que padecen el nuevo coronavirus". " él dijo.

El trabajo se encuentra en la etapa de prueba de concepto. Avanzando el equipo trabajará en la optimización y ampliación del método para su uso potencial en hospitales. Los estudios futuros incluyen modificar el método para que se pueda hacer usando un electrolito neutro (básicamente una solución salina) en lugar de uno ácido, que sería mejor para aplicaciones domésticas y clínicas, Chen dijo. Parte de este trabajo continuo es apoyado actualmente por el Centro de Energía y Energía Sostenible de UC San Diego.