Een nieuwe methode om moleculen samen te persen kan het afval van chemische productie verminderen

De productie van chemicaliën is goed voor 40% van alle energie die momenteel in de productie wordt gebruikt, en het proces resulteert ook in giftig afval van oplosmiddelen dat het milieu vervuilt en gezondheidsrisico’s vormt voor mens en dier. Een studie gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap beschrijft een nieuwe mechanochemische methode die het vermogen heeft om chemicaliën te produceren zonder die schadelijke effecten.

Onderzoekers van het Nanoscience Initiative van het Advanced Science Research Center van het CUNY Graduate Center (CUNY ASRC), de University of Pennsylvania en de University of California-Merced kozen voor een unieke aanpak die de mogelijkheid vergroot om mechanochemie te gebruiken bij grootschalige productie. De techniek maakt gebruik van organische chemie en nanotechnologie om moleculen samen te duwen en chemicaliën te creëren zonder het gebruik van dure oplosmiddelen die het milieu vervuilen. De bevindingen van het onderzoeksteam hebben grote implicaties voor tal van productiesectoren, waaronder de productie van geneesmiddelen en materialen voor verschillende medische en industriële doeleinden.

“Dit is echt een opwindende doorbraak, omdat de ontdekking mechanochemie tot een betrouwbaar middel maakt om chemicaliën te produceren, en het stelt ons in staat om dit te doen zonder de schadelijke bijproducten en de grote energiebehoefte van de huidige productietechnieken”, zei hoofdauteur Adam Braunschweig, een hoogleraar scheikunde en biochemie bij het CUNY ASRC Nanoscience Initiative en Hunter College Department of Chemistry.

“Toen we op de moleculen duwden, ontdekten we dat ze zich verdraaiden tot nieuwe, meer reactieve vormen die minder energie nodig hebben om te combineren en een gewenste chemische stof te produceren”, zegt eerste auteur Yerzhan Zholdassov, een promovendus bij het Braunschweig Lab.

Het experiment stelde onderzoekers in staat om de hoeveelheid kracht te meten die nodig is om een ​​voorspelbare en betrouwbare chemische reactie te creëren en aan te tonen dat mechanochemie een levensvatbare en schaalbare techniek is om chemicaliën op een meer duurzame, kostenefficiënte manier te produceren. De nieuwe techniek kan ook worden gebruikt om nieuwe medicijnen en materialen te maken die niet kunnen worden gemaakt met de huidige technieken die afhankelijk zijn van oplosmiddelen.

Co-auteur Robert Carpick, professor aan de afdeling Werktuigbouwkunde en Toegepaste Mechanica van de Universiteit van Pennsylvania, die aan dit project heeft meegewerkt, voegde eraan toe: “Deze ontdekking was niet mogelijk zonder dat scheikundigen op een werkelijk multidisciplinaire manier samenwerkten met werktuigbouwkundigen. De chemici waren van cruciaal belang bij het ontwerpen en uitvoeren van de experimenten, maar we moesten hun vooraanstaande scheikundige kennis combineren met geavanceerde mechanica-analyse om – door middel van experimenten en theorie – te begrijpen hoe mechanische krachten hier chemische reacties versnellen. Het teamwerk maakte het verschil. ”