Теперь, исследователи в Осакском университете использовали радикалов, чтобы преобразовать парниковый газ, метан, в полезные химикаты. Ведомый при свете, этот благоприятный для окружающей среды процесс достигает цели, которая оставалась неуловимой в течение многих десятилетий.Метан (CH4) связан с метанолом и муравьиной кислотой, которые необходимы в огромных количествах химической промышленностью.
Бактерии могут окислить CH4 к метанолу почти легко использование натуральных ферментов. То же самое преобразование в лаборатории, однако, химически требует, чтобы высокая температура, высокое давление и дорогие реактивы раскололи чрезвычайно сильный C – H связи. Как сообщается недавно, новый процесс использует влиятельных радикалов хлора, чтобы активировать те связи. Это позволяет реакции произойти при комнатной температуре, под светом лампы, с простым кислородом как окислитель.
Свободные радикалы – химикаты с несоединенными электронами – их необузданная реактивность прибывает из насущной необходимости в одиноких электронах, чтобы найти партнеров в другой молекуле. В процессе Осаки, диоксид хлорита (ClO2•) активирован под фотоозарением, чтобы дать радикалам хлора (Cl•) и кислород майки. Очень реактивный радикал, Cl• затем резюмирует водородный атом CH4, чтобы дать радикалам метила, CH3• которые в свою очередь реагируют с кислородом, чтобы произвести ценный метанол и муравьиную кислоту.
Этот по-видимому простой процесс, однако, полагается на тонкий поворот дизайна.«Активацию метана радикальными разновидностями попробовали прежде», учатся, ведущий автор профессор Кей Охкубо говорит. «Однако CH3• промежуточные звенья имеют тенденцию реагировать с углеводородом органический растворитель, дающий дезактивацию реактивных радикальные промежуточные звенья. Это не происходит в воде, но к сожалению метан едва распадается в воде».
Исследователи нашли опрятный путь вокруг этого: два растворителя в единственной системе, один для каждого шага процесса. Начальный ClO2• формирование происходит в водной фазе, где хлорит натрия разрешим. Затем ClO2• передачи в perfluorohexane (PFH) фаза, где метан и O2 распадаются, чтобы реагировать с ними.
«PFH идеален для второго шага: это растворяет метан, но не реагирует с CH3• радикалы», объясняет Охкубо. «Это создает пространство для окисления CH3• давая желаемые продукты. Затем после того, как метанол и муравьиная кислота сформированы, они пересекают растворяющую границу в противоположном направлении в водную фазу. Здесь они защищены от дальнейшего окисления в нежелательный CO или CO2 как парниковые газы».
Полный процесс выразительно эффективен, преобразовывая более чем 99% метана в целевые продукты, без потребности в высокой температуре или давлении.«Это – первое успешное использование кислорода в воздухе, которое окислит метан под внешними условиями», говорит Охкубо. «Энергоемкие методы для химического производства должны быть постепенно сокращены – нам срочно нужны умные решения обработать сырье нежным, экологически мягким способом. Наше исследование показывает, как это может быть сделано для метана.
Двухфазовое растворяющее понятие, где нестабильные промежуточные звенья защищены растворителем, таким как PFH, могло потенциально быть расширено всюду по промышленности».