Phát triển công nghệ tăng tốc quá trình xúc tác lên 10.000 lần
06/06/2019
KH&CN nước ngoài
Theo tạp chí ACS Catalysis, nhóm các nhà nghiên cứu từ Đại học Minnesota và Đại học Massachusetts, Mỹ, đã phát triển một công nghệ mới cho phép vượt quá giới hạn hiện tại của tốc độ phản ứng và tăng tốc độ của quá trình xúc tác lên 10.000 lần.
Khả năng tăng tốc các phản ứng hóa học cho phép tạo ra nhiều hợp chất cho ngành công nghiệp và công nghệ, cũng như thực phẩm, nhiên liệu, nhựa...- Ảnh: SLAC National Accelerator Laboratory
Những kết quả này có thể làm giảm chi phí của hàng ngàn quy trình hóa học được sử dụng để sản xuất phân bón, thực phẩm, nhiên liệu và nhựa.
Hiện tại, nhiều phản ứng hóa học diễn ra rất chậm do thực tế là chúng cần một lượng năng lượng lớn để bắt đầu quá trình. Để tăng tốc các phản ứng hóa học, người ta sử dụng các vật liệu đặc biệt - chất xúc tác. Chúng không được tiêu thụ trong phản ứng, nhưng giảm năng lượng cần thiết để bắt đầu quá trình. Chất xúc tác được sử dụng trong một số lượng lớn các quy trình công nghiệp và một số hợp chất từ quy trình này giúp tăng tốc các phản ứng sinh hóa trong cơ thể sống.
Phản ứng xảy ra trên bề mặt chất xúc tác như kim loại, được tăng tốc, nhưng nó không thể diễn ra nhanh hơn mức cho phép. Theo đó, đối với mỗi chất, bằng cách thực nghiệm ta có thể thiết lập một năng lượng kích hoạt tối ưu.
Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm xúc tác đổi mới năng lượng, do Bộ năng lượng Mỹ tài trợ, đã phát hiện ra rằng có thể phá vỡ giới hạn tốc độ bằng cách sử dụng sóng để tạo ra chất xúc tác dao động. Khi sóng áp dụng cho bề mặt chất xúc tác tương ứng với tần số của phản ứng hóa học thì tốc độ tăng vọt nhờ sự cộng hưởng.
Paul Dauenhauer, một trong những tác giả của nghiên cứu, giáo sư công nghệ hóa học và khoa học vật liệu tại Đại học Minnesota giải thích rằng từ lâu các nhà khoa học đã nhận ra rằng các chất xúc tác phải biến đổi theo thời gian nhưng hóa ra, tần số từ kilohertz đến megahertz làm tăng vọt giới hạn tốc độ có thể có của các phản ứng hóa học trong môi trường lỏng.
Khả năng tăng tốc các phản ứng hóa học cho phép tạo ra nhiều hợp chất cho ngành công nghiệp và công nghệ, cũng như thực phẩm, nhiên liệu, nhựa... Tăng tốc độ phản ứng có thể làm giảm đáng kể số lượng thiết bị cần thiết cho việc sản xuất các vật liệu này và giảm chi phí chung của nhiều vật liệu gia dụng.