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राइस विश्वविद्यालय के इंजीनियर एक सतत उत्प्रेरक रिएक्टर के माध्यम से कार्बन मोनोऑक्साइड को सीधे एसिटिक एसिड (एक व्यापक रूप से इस्तेमाल किया जाने वाला रसायन जो सिरके को तीव्र स्वाद देता है) में परिवर्तित कर रहे हैं, जो अत्यधिक शुद्ध उत्पादों के उत्पादन के लिए नवीकरणीय बिजली का कुशलतापूर्वक उपयोग कर सकता है।
राइस यूनिवर्सिटी के ब्राउन स्कूल ऑफ इंजीनियरिंग में रासायनिक और जैव-आणविक इंजीनियरों की प्रयोगशाला में विकसित विद्युत रासायनिक प्रक्रिया ने कार्बन मोनोऑक्साइड (सीओ) को एसिटिक एसिड में परिवर्तित करने के पिछले प्रयासों की समस्या का समाधान कर दिया है। इन प्रक्रियाओं में उत्पाद को शुद्ध करने के लिए अतिरिक्त चरणों की आवश्यकता होती है।
पर्यावरण के अनुकूल यह रिएक्टर मुख्य उत्प्रेरक के रूप में नैनोमीटर घन तांबे और एक अद्वितीय ठोस इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करता है।
प्रयोगशाला में 150 घंटे के निरंतर संचालन में, इस उपकरण द्वारा उत्पादित जलीय विलयन में एसिटिक अम्ल की मात्रा 2% तक थी। अम्ल घटक की शुद्धता 98% तक है, जो कार्बन मोनोऑक्साइड को उत्प्रेरक रूप से तरल ईंधन में परिवर्तित करने के पूर्व प्रयासों द्वारा उत्पादित अम्ल घटक से कहीं बेहतर है।
एसिटिक एसिड का उपयोग चिकित्सा अनुप्रयोगों में सिरका और अन्य खाद्य पदार्थों के साथ परिरक्षक के रूप में किया जाता है। इसका उपयोग स्याही, पेंट और कोटिंग्स के लिए विलायक के रूप में; विनाइल एसीटेट के उत्पादन में किया जाता है; विनाइल एसीटेट सामान्य सफेद गोंद का अग्रदूत है।
राइस प्रक्रिया वांग की प्रयोगशाला में स्थित एक रिएक्टर पर आधारित है और कार्बन डाइऑक्साइड (CO2) से फॉर्मिक एसिड का उत्पादन करती है। इस शोध ने वांग (जिन्हें हाल ही में पैकार्ड फेलो नियुक्त किया गया है) के लिए एक महत्वपूर्ण आधार तैयार किया, जिन्हें ग्रीनहाउस गैसों को तरल ईंधन में परिवर्तित करने के तरीकों का पता लगाने के लिए राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन (NSF) से 2 मिलियन डॉलर का अनुदान प्राप्त हुआ है।
वांग ने कहा, “हम अपने उत्पादों को एक कार्बन वाले रासायनिक पदार्थ फॉर्मिक एसिड से दो कार्बन वाले रासायनिक पदार्थ में अपग्रेड कर रहे हैं, जो अधिक चुनौतीपूर्ण है।” “परंपरागत रूप से लोग तरल इलेक्ट्रोलाइट्स में एसिटिक एसिड का उत्पादन करते हैं, लेकिन उनका प्रदर्शन अभी भी खराब है और उत्पादों में इलेक्ट्रोलाइट पृथक्करण की समस्या है।”
सेनफ़्टल ने आगे कहा, "बेशक, एसिटिक एसिड आमतौर पर CO या CO2 से संश्लेषित नहीं किया जाता है।" "यही तो मुख्य बात है: हम उस अपशिष्ट गैस को अवशोषित कर रहे हैं जिसे हम कम करना चाहते हैं और उसे उपयोगी उत्पादों में बदल रहे हैं।"
कॉपर उत्प्रेरक और ठोस इलेक्ट्रोलाइट के बीच सावधानीपूर्वक युग्मन किया गया, और ठोस इलेक्ट्रोलाइट को फॉर्मिक एसिड रिएक्टर से स्थानांतरित किया गया। वांग ने कहा: "कभी-कभी कॉपर दो अलग-अलग मार्गों से रसायन उत्पन्न करता है। यह कार्बन मोनोऑक्साइड को एसिटिक एसिड और अल्कोहल में अपचयित कर सकता है। हमने एक घन डिजाइन किया है जिसका एक फलक कार्बन-कार्बन युग्मन को नियंत्रित कर सकता है, और कार्बन-कार्बन युग्मन के किनारे अन्य उत्पादों के बजाय एसिटिक एसिड का निर्माण करते हैं।"
सेनफ़्टल और उनकी टीम के कम्प्यूटेशनल मॉडल ने घन के आकार को परिष्कृत करने में मदद की। उन्होंने कहा: “हम घन पर किनारों के प्रकार को दर्शाने में सक्षम हैं, जो मूल रूप से अधिक लहरदार सतहें हैं। ये कुछ CO2 संकेतों को तोड़ने में मदद करते हैं, ताकि उत्पाद को किसी न किसी तरीके से परिवर्तित किया जा सके। अधिक किनारे सही समय पर सही बंधन को तोड़ने में मदद करते हैं।”
सेन्फ्टलर ने कहा कि यह परियोजना इस बात का अच्छा उदाहरण है कि सिद्धांत और प्रयोग को कैसे जोड़ा जाना चाहिए। उन्होंने कहा, "रिएक्टर में घटकों के एकीकरण से लेकर परमाणु-स्तर की कार्यप्रणाली तक, यह इंजीनियरिंग के कई स्तरों का एक अच्छा उदाहरण है।" "यह आणविक नैनो प्रौद्योगिकी के विषय के अनुरूप है और दिखाता है कि हम इसे वास्तविक दुनिया के उपकरणों तक कैसे विस्तारित कर सकते हैं।"
वांग ने कहा कि एक स्केलेबल सिस्टम के विकास में अगला कदम सिस्टम की स्थिरता में सुधार करना और प्रक्रिया के लिए आवश्यक ऊर्जा को और कम करना है।
राइस विश्वविद्यालय के स्नातक छात्र झू पेंग, लियू चुनयान और ज़िया चुआन, तथा पोस्टडॉक्टोरल शोधकर्ता जे. इवांस एटवेल-वेल्च इस शोधपत्र के मुख्य प्रभारी हैं।
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