Una manera mejor de hacer productos químicos

Los disolventes a granel, ampliamente usados en la industria química, suponen una seria amenaza para la salud humana y el entorno. Como resultado, hay un creciente interés por evitar su uso basándose en la mecanoquímica, una alternativa energéticamente eficiente que usa fresado de alta frecuencia para conducir reacciones. Debido al impacto que supone el uso del fresado, la química subyacente es complicada de observar.

Ahora, por primera vez, los científicos han estudiado una reacción de molienda en tiempo real, usando rayos X de alta penetración para observar las sorprendentemente rápidas transformaciones a medida que el molino mezclaba, molía y transformaba ingredientes simples en productos complejos.

Mientras que la acción mecánica puede romper los enlaces químicos, por ejemplo en las fibras textiles, la fuerza mecánica puede también usarse para sintetizar nuevos compuestos químicos y materiales. En fechas recientes, las bolas de molienda se han popularizado en la producción de estructuras químicas altamente complejas. En ese tipo de síntesis, las bolas de acero se agitan con reactantes y catalizadores en frascos de vibración rápida. Las transformaciones químicas tienen lugar en los lugares de colisión de las bolas de acero, donde dicho impacto da lugar a "puntos calientes" instantáneos de calor y presión localizados. Esto es complicado de modelar y sin accesion a la monitorización de las reacciones en tiempo real, la mecanoquímica quedó en el olvido.

El equipo de investigadores eligió estudiar la producción mecanicoquímica de la estructura de metal-orgánico ZIF-8 a partir de sus componentes más simples y no tóxicos. Materiales tales como ZIF-8 están ganando popularidad rápidamente por su habilidad de capturar grandes cantidades de CO₂; si se manufactura de forma barata y sostenible, se podrá extender su uso para la captura y almacenamiento de carbono, incluso catalización y almacenamiento de hidrógeno.

El equipo de investigación colaboró con el ESRF debido a que su haz de rayos X de alta energía es capaz de penetrar las paredes de 3 mm de espesor de los frascos de acero, aluminio o plástico. El haz de rayos X debe penetrar el frasco para probar la formación mecanicoquímica del ZIF-8, y después salir de nuevo para detectar los cambios que han tenido lugar. La metodología sin precedentes empleada permite la observación en tiempo reación de la cinética de las reacciones, los intermediarios y el desarrollo de sus respectivas nanopartículas.

En principio, esta técnica podría usarse para estudiar todo tipo de reacciones usando el molino de bolas, y optimizarlas para el procesamiento de un amplio espectro de industrias.

Esta entrada participa en la XX edición del Carnaval de Química organizado por @bioamara en el blog La Ciencia de Amara.

Via McGill University