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Jun 04, 2023

Die Universität Oxford erzielt Erfolge im Gefahrenbereich

Zum ersten Mal haben Oxford-Chemiker Fluorchemikalien hergestellt, die für viele Branchen von entscheidender Bedeutung sind, ohne den Einsatz von gefährlichem Fluorwasserstoffgas. Die innovative Methode des Teams wurde hier veröffentlicht

Zum ersten Mal haben Oxford-Chemiker Fluorchemikalien hergestellt, die für viele Branchen von entscheidender Bedeutung sind, ohne den Einsatz von gefährlichem Fluorwasserstoffgas. Die innovative Methode des Teams, die diese Woche in der führenden Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurde, könnte einen enormen Einfluss auf die Verbesserung der Sicherheit und des CO2-Fußabdrucks einer wachsenden globalen Industrie haben. Durch die Kommerzialisierung dieser Technologie wollen wir die Entwicklung sicherer, nachhaltiger und kostengünstiger Technologien ermöglichen -effektive Synthese von Fluorkohlenwasserstoffen weltweit. Wir hoffen, dass diese Studie Wissenschaftler auf der ganzen Welt dazu ermutigen wird, bahnbrechende Lösungen für herausfordernde chemische Probleme bereitzustellen, mit der Aussicht auf einen gesellschaftlichen Nutzen. Professorin Véronique Gouverneur FRS, Fachbereich Chemie, Universität Oxford. Fluorchemikalien sind eine Gruppe von Chemikalien mit weitreichenden Wirkungen Eine Reihe wichtiger Anwendungen – darunter Polymere, Agrochemikalien, Pharmazeutika und Lithium-Ionen-Batterien in Smartphones und Elektroautos – mit einem globalen Markt von 21,4 Milliarden US-Dollar im Jahr 2018. Derzeit werden alle Fluorchemikalien aus dem giftigen und ätzenden Gas Fluorwasserstoff (HF) hergestellt ein sehr energieintensiver Prozess. Trotz strenger Sicherheitsvorschriften kam es in den letzten Jahrzehnten mehrfach zu HF-Austritten, teilweise mit tödlichen Unfällen und schädlichen Auswirkungen auf die Umwelt. Um einen sichereren Ansatz zu entwickeln, gründete ein Team von Chemikern der Universität Oxford zusammen mit Kollegen in Oxford FluoRok, University Das College London und die Colorado State University ließen sich vom natürlichen Biomineralisationsprozess inspirieren, der Zähne und Knochen bildet. Normalerweise wird HF selbst durch Reaktion eines kristallinen Minerals namens Flussspat (CaF2) mit Schwefelsäure unter rauen Bedingungen hergestellt, bevor es zur Herstellung von Fluorchemikalien verwendet wird. Bei der neuen Methode werden Fluorchemikalien direkt aus CaF2 hergestellt, wobei die Produktion von HF vollständig umgangen wird: eine Errungenschaft, nach der Chemiker seit Jahrzehnten streben. Bei der neuen Methode wird festes CaF2 durch einen von der Biomineralisierung inspirierten Prozess aktiviert, der die Methode nachahmt dass sich Kalziumphosphatmineralien biologisch in Zähnen und Knochen bilden. Das Team mahlte CaF2 mit pulverisiertem Kaliumphosphatsalz mehrere Stunden lang in einer Kugelmühle und nutzte dabei einen mechanochemischen Prozess, der sich aus der traditionellen Art und Weise entwickelt hat, Gewürze mit Stößel und Mörser zu mahlen. Das resultierende pulverförmige Produkt namens Fluoromix ermöglichte die Synthese von über 50 verschiedenen Fluorchemikalien direkt aus CaF2 mit bis zu 98 % Ausbeute. Die entwickelte Methode hat das Potenzial, die aktuelle Lieferkette zu rationalisieren und den Energiebedarf zu senken, was dazu beiträgt, zukünftige Nachhaltigkeitsziele zu erreichen und den CO2-Fußabdruck der Branche zu verringern. Darüber hinaus war das entwickelte Festkörperverfahren mit Flussspat in Säurequalität genauso effektiv ( > 97 %, CaF2) wie bei synthetischem CaF2 in Reagenzqualität. Der Prozess stellt einen Paradigmenwechsel für die Herstellung von Fluorchemikalien auf der ganzen Welt dar und hat zur Gründung von FluoRok geführt, einem 2022 gegründeten Spin-out-Unternehmen, das auf jahrzehntelanger Forschung in den Labors der Hauptautorin Professorin Véronique Gouverneur FRS von der USA aufbaut Fachbereich Chemie, Universität Oxford. Die proprietäre Technologie von FluoRok nutzt direkt fluoriertes Abfallmaterial oder natürlich vorkommendes Fluoritmineral als Quelle, um Zugang zu hochwertigen Verbindungen zu erhalten, die für die weltweite Energiewende, unsere globale Nahrungsmittelversorgung und unsere Gesundheit von entscheidender Bedeutung sind. Professor Gouverneur sagte: „Die direkte Nutzung von.“ CaF2 für die Fluorierung ist ein heiliger Gral auf diesem Gebiet, und seit Jahrzehnten wird nach einer Lösung für dieses Problem gesucht. Der Übergang zu nachhaltigen Methoden zur Herstellung von Chemikalien mit geringeren oder keinen schädlichen Auswirkungen auf die Umwelt ist heute ein vorrangiges Ziel, das durch ehrgeizige Programme und ein völliges Überdenken der aktuellen Herstellungsprozesse beschleunigt werden kann. Diese Studie stellt einen wichtigen Schritt in diese Richtung dar, da die in Oxford entwickelte Methode das Potenzial hat, überall in Wissenschaft und Industrie eingesetzt zu werden, CO2-Emissionen beispielsweise durch Verkürzung der Lieferketten zu minimieren und angesichts der Fragilität globaler Lieferketten eine höhere Zuverlässigkeit zu bieten. „Calum Patel, ein DPhil-Student am Fachbereich Chemie und einer der Hauptautoren der Studie, fügte hinzu: „Die mechanochemische Aktivierung von CaF2 mit einem Phosphatsalz war eine aufregende Erfindung, weil dieser scheinbar einfache Prozess eine hochwirksame Lösung für a darstellt.“ komplexes Problem; Es blieben jedoch große Fragen, wie diese Reaktion funktionierte. Die Zusammenarbeit war der Schlüssel zur Beantwortung dieser Fragen und zur Verbesserung unseres Verständnisses dieses neuen, unerforschten Bereichs der Fluorchemie. Erfolgreiche Lösungen für große Herausforderungen beruhen auf multidisziplinären Ansätzen und Fachwissen. Ich denke, die Arbeit verdeutlicht die Bedeutung dessen.“ Die Studie „Fluorchemikalien aus Flussspat über einen phosphatbasierten mechanochemischen Prozess unter Umgehung von HF“ wurde in Science veröffentlicht.