Uma equipe de pesquisadores desenvolveu um portátil, método mais ecológico para produzir peróxido de hidrogênio. Isso poderia permitir que os hospitais produzissem seu próprio suprimento de desinfetante sob demanda e a um custo menor.

O trabalho, uma colaboração entre a Universidade da Califórnia em San Diego, Universidade Columbia, Laboratório Nacional de Brookhaven, a Universidade de Calgary, e a Universidade da Califórnia, Irvine, é detalhado em um artigo publicado em Nature Communications .

O peróxido de hidrogênio ganhou as manchetes recentemente, à medida que pesquisadores e centros médicos em todo o país testam sua viabilidade na descontaminação de máscaras N95 para lidar com a escassez em meio à pandemia de COVID-19.

Embora os resultados até agora sejam promissores, alguns pesquisadores temem que a baixa vida de prateleira do produto químico possa tornar esses esforços de descontaminação caros.

O principal problema é que o peróxido de hidrogênio não é estável; ele começa a se decompor em água e oxigênio antes mesmo de a garrafa ser aberta. Ele se decompõe ainda mais rapidamente quando exposto ao ar ou à luz.

"Talvez você tenha apenas alguns meses para usá-lo antes que expire, então você teria que pedir lotes com mais frequência para manter um novo suprimento, "disse Zheng Chen, professor de nanoengenharia da UC San Diego." E porque se decompõe tão rapidamente, o envio e o armazenamento tornam-se muito caros. "

Chen e seus colegas desenvolveram um rápido, método simples e barato para gerar peróxido de hidrogênio internamente usando apenas um pequeno frasco, ar, um eletrólito pronto para uso, um catalisador e eletricidade.

"Nosso objetivo é criar uma configuração portátil que possa ser simplesmente conectada para que os hospitais, e até mesmo famílias, têm uma maneira de gerar peróxido de hidrogênio sob demanda, "Chen disse." Não há necessidade de despachá-lo, não há necessidade de armazená-lo, e sem pressa em usar tudo antes que expire. Isso pode economizar até 50 a 70% nos custos. "

Outra vantagem é que o método é menos tóxico que os processos industriais.

O método é baseado em uma reação química na qual uma molécula de oxigênio se combina com dois elétrons e dois prótons em uma solução eletrolítica ácida para produzir peróxido de hidrogênio. Este tipo de reação é conhecido como reação de redução de oxigênio de dois elétrons, e é fácil de usar porque pode produzir peróxido de hidrogênio diluído com a concentração desejada sob demanda. "Na próxima etapa, iremos desenvolver eletrocatalisadores adequados para outras soluções eletrolíticas para aumentar ainda mais a gama de suas aplicações, "disse o estudante de graduação em engenharia química da UC San Diego, Qiaowan Chang.

A chave para fazer essa reação acontecer é um catalisador especial que a equipe desenvolveu. É feito de nanotubos de carbono que foram parcialmente oxidados, o que significa que átomos de oxigênio foram anexados à superfície. Os átomos de oxigênio estão ligados a minúsculos aglomerados de três a quatro átomos de paládio. Essas ligações entre os aglomerados de paládio e os átomos de oxigênio são o que permitem que a reação ocorra com alta seletividade e atividade devido à sua energia de ligação ideal do intermediário-chave durante a reação.

O professor de engenharia química da Universidade de Columbia, Jingguang Chen, disse:"A coordenação entre o cluster de Pd modificado com oxigênio e os grupos funcionais contendo oxigênio nos nanotubos de carbono é a chave para melhorar seu desempenho catalítico."

A equipe desenvolveu originalmente este método para tornar os processos de reciclagem de baterias mais ecológicos. O peróxido de hidrogênio é um dos produtos químicos usados ​​para extrair e recuperar metais como o cobre, níquel, cobalto e magnésio de baterias de íon de lítio usadas. De forma similar, também torna a ativação de moléculas de hidrocarbonetos mais eficiente, que é uma etapa crítica em muitos processos químicos industriais.

"Estávamos trabalhando neste projeto há cerca de um ano e meio. Enquanto estávamos encerrando as coisas, a pandemia de COVID-19 atingiu, "Chen disse. Ver notícias sobre o uso de vapor de peróxido de hidrogênio para desinfetar as máscaras N95 para reutilização motivou a equipe a pivotar as direções.

"Vimos que havia uma necessidade mais urgente de esforços para ajudar os profissionais de saúde que podem não ter proteção suficiente ao cuidar de pacientes que sofrem do novo coronavírus, " ele disse.

A obra encontra-se na fase de prova de conceito. Seguindo em frente, a equipe trabalhará na otimização e ampliação do método para uso potencial em hospitais. Estudos futuros incluem a modificação do método para que possa ser feito usando um eletrólito neutro (basicamente uma solução salina) em vez de um ácido, o que seria melhor para aplicações domésticas e clínicas, Chen disse. Parte desse trabalho contínuo é atualmente apoiado pelo Centro de Energia e Energia Sustentável da UC San Diego.