Inženjeri Univerziteta Rajs razvili su inovativan način za pravljenje kovalentnih organskih okvira (COF), specijalnih materijala koji se mogu koristiti za hvatanje gasova, filtriranje vode i ubrzavanje hemijskih reakcija. COF imaju potencijal da se pozabave značajnim ekološkim izazovima, uključujući skladištenje energije i kontrolu zagađenja. Primer za to je njihova potencijalna upotreba u dekontaminaciji „zauvek hemikalija“ ili per- i polifluoroalkil supstanci (PFAS).
Hemijski inženjer pirinča Rafael Verdusko i njegov tim opisali su novi način za sintezu visokokvalitetnih COF-ova po niskoj ceni i sa velikom propusnošću u studiji objavljenoj u ACS Applied Materials and Interfaces koja će biti predstavljena na naslovnoj strani budućeg izdanja časopisa. časopis. Rad uključuje pažljivu analizu prednosti i nedostataka različitih metoda sinteze i detaljno opisuje svestran, isplativ način pravljenja COF-a. Ovo uključuje mikroreaktor sa više protoka i pažljivu kalibraciju ulazno-izlaznog procesa.
„Izgradili smo mali, kontinuirani proizvodni sistem—kao minifabrika na laboratorijskoj klupi—gde se sastojci za COF mešaju i reaguju u stalnom toku umesto odjednom u velikom kontejneru“, rekla je Safija Kalil, student doktorskih studija Rice. koji je prvi autor studije.
Istraživači su takođe otkrili da je jedan od COF proizvedenih sintezom protoka bio bolji od onih napravljenih korišćenjem drugih metoda za razbijanje perfluorooktanske kiseline (PFOA), jedinjenja PFAS povezanog sa brojnim zdravstvenim rizicima, uključujući rak i reproduktivnu štetu.
„Ovo je ohrabrujući nalaz koji doprinosi rastućim dokazima da bi COF mogli da se pojave kao ključni igrač u razvoju čistijih, efikasnijih tehnologija za uklanjanje zagađivača“, rekao je Verduzco, profesor i vanredni predsedavajući hemijskog i biomolekularnog inženjeringa u Riceu koji je odgovarajući autor o studiji.
COF su kristalni polimeri napravljeni od malih, ponavljajućih jedinica povezanih zajedno u mikroskopske spužvaste strukture. Ovi materijali se ističu po svojoj poroznosti, velikoj površini i podesivoj molekularnoj strukturi — karakteristikama koje se mogu iskoristiti za upotrebu u širokom spektru aplikacija, uključujući poluprovodnike, senzore, isporuku lekova i filtraciju. Međutim, spor i skup proces proizvodnje COF-a ograničio je njihovu širu primenu.
„Nadamo se da će ovaj metod olakšati proizvodnju COF-a u velikim količinama i pomoći da se ubrza otkrivanje novih formulacija“, rekao je Khalil, koji je stekao zvanje doktora nauka. hemijskog i biomolekularnog inženjerstva iz Rajsa, gde je bila deo Verduzkove Laboratorije za polimerno inženjerstvo.
Khalil je uporedio novi metod sa pravljenjem kolačića po narudžbi u malim serijama, umesto da ih peče sve odjednom u jednoj velikoj seriji. Iako to nije bio prvi put da je sinteza protočnog reaktora korišćena za pravljenje COF-ova, metod istraživača Rajsa se izdvaja od prethodnih pristupa jer integriše kontinuiranu sintezu i obradu dve različite hemije COF, što rezultira raznovrsnijim spektrom makroskopskih formata.
„Ovaj metod vam omogućava da stalno imate sveže napravljene kolačiće dok kontrolišete temperaturu i mešate u svakom koraku kako biste svaki put dobili najbolji kvalitet“, rekao je Kalil. „Ovaj proces je brži, koristi manje energije i omogućava bolju kontrolu nad finalnim proizvodom.“
Tradicionalna COF sinteza uključuje upotrebu visokih temperatura, visokog pritiska i toksičnih organskih rastvarača, ograničavajući široku proizvodnju i upotrebu. Strategija sinteze protoka istraživača ne samo da omogućava bržu proizvodnju COF-a, već takođe omogućava stvaranje COF-a sa superiornom kristalinom.
Dodatni dokaz da je jedan od novosintetizovanih COF-a bio veoma efikasan u razbijanju „zauvek hemikalije“ pokazuje praktične prednosti nove metode. Proces razgradnje, poznat kao fotokatalitička degradacija, aktivira se svetlošću i dešava se na sobnoj temperaturi.
„Zamislite ove COF-ove kao moćne sunđere sa ugrađenim ‘motorima za sunčevu svetlost’ koji mogu da razbiju štetne hemikalije mnogo brže od trenutnih metoda“, rekao je Kalil. „Jedan od COF-a koje smo sintetizovali bio je efikasniji u razbijanju PFOA od tradicionalnih materijala kao što je titanijum dioksid – uobičajeni fotokatalizator koji se koristi u kontroli zagađenja.“
