Un equipo de investigadores de la Universidad de Minnesota y de la Universidad de Massachusetts, Amherst, descubrió una nueva tecnología que puede acelerar las reacciones químicas 10,000 veces más rápido que el límite de velocidad de reacción actual. Estos hallazgos podrían aumentar la velocidad y reducir el costo de miles de productos químicosprocesos utilizados en el desarrollo de fertilizantes, alimentos, combustibles, plásticos y más.
La investigación se publica en línea en catálisis ACS , una revista de la American Chemical Society.
En las reacciones químicas, los científicos usan lo que se llama catalizadores para acelerar las reacciones. Una reacción que ocurre en la superficie del catalizador, como un metal, se acelerará, pero solo puede ir tan rápido como lo permita el llamado principio de Sabatier.A menudo llamado el "principio de Ricitos de Oro" de la catálisis, el mejor catalizador posible tiene como objetivo equilibrar perfectamente dos partes de una reacción química. Las moléculas que reaccionan deben adherirse a una superficie metálica para reaccionar ni demasiado fuerte ni demasiado débilmente, sino "justo".principio se estableció cuantitativamente en 1960, el máximo Sabatier se ha mantenido el límite de velocidad catalítica.
Investigadores del Centro de Catálisis para la Innovación Energética, financiado por el Departamento de Energía de los Estados Unidos, descubrieron que podían romper el límite de velocidad aplicando ondas al catalizador para crear un catalizador oscilante. La onda tiene una parte superior e inferior, y cuando se aplica, permite que ambas partes de una reacción química ocurran independientemente a diferentes velocidades. Cuando la onda aplicada a la superficie del catalizador coincide con la frecuencia natural de una reacción química, la velocidad aumentó dramáticamente a través de un mecanismo llamado "resonancia".
"Nos dimos cuenta desde el principio que los catalizadores deben cambiar con el tiempo, y resulta que las frecuencias de kilohercios a megahercios aceleran drásticamente las tasas de catalizador", dijo Paul Dauenhauer, profesor de ingeniería química y ciencia de materiales en la Universidad de Minnesota y uno delos autores del estudio
El límite de velocidad catalítica, o máximo Sabatier, solo es accesible para unos pocos catalizadores metálicos. Otros metales que tienen una unión más débil o más fuerte exhiben una velocidad de reacción más lenta. Por esta razón, las parcelas de velocidad de reacción del catalizador versus tipo de metal se han denominado "volcán"parcelas en forma de "con el mejor catalizador estático existente justo en el medio en el pico del volcán.
"Los mejores catalizadores necesitan cambiar rápidamente entre condiciones de unión fuertes y débiles en ambos lados del diagrama del volcán", dijo Alex Ardagh, erudito postdoctoral en el Centro de Catálisis para la Innovación Energética. "Si cambiamos la fuerza de unión lo suficientemente rápido,los catalizadores que saltan entre la unión fuerte y débil en realidad funcionan por encima del límite de velocidad catalítica "
La capacidad de acelerar las reacciones químicas afecta directamente a miles de tecnologías químicas y de materiales utilizadas para desarrollar fertilizantes, alimentos, combustibles, plásticos y más. En el siglo pasado, estos productos se han optimizado utilizando catalizadores estáticos como los metales soportados. Reacción mejoradalas tarifas podrían reducir significativamente la cantidad de equipos necesarios para fabricar estos materiales y disminuir los costos generales de muchos materiales cotidianos.
La mejora dramática en el rendimiento del catalizador también tiene el potencial de reducir la escala de los sistemas para procesos químicos distribuidos y rurales. Debido al ahorro de costos en los sistemas de catalizadores convencionales a gran escala, la mayoría de los materiales solo se fabrican en ubicaciones centralizadas enormes como las refinerías. Sistemas dinámicos más rápidospueden ser procesos más pequeños, que pueden ubicarse en lugares rurales como granjas, plantas de etanol o instalaciones militares.
"Esto tiene el potencial de cambiar por completo la forma en que fabricamos casi todos nuestros productos químicos, materiales y combustibles más básicos", dijo el profesor Dionisios Vlachos, director del Centro de catálisis para la innovación energética. "La transición de catalizadores convencionales a dinámicos".será tan grande como el cambio de electricidad directa a corriente alterna "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Minnesota . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :