La naturaleza inspira un gran avance: la producción sin riesgos de fluoroquímicos
Por primera vez, los químicos han generado fluoroquímicos, esenciales para muchas industrias, sin utilizar el peligroso gas fluoruro de hidrógeno
Un equipo de químicos ha desarrollado un método totalmente nuevo para generar fluoroquímicos de importancia crítica que evita el peligroso producto gas fluoruro de hidrógeno (HF). Los hallazgos, publicados en Science, podrían tener un impacto inmenso en la mejora de la seguridad y la huella de carbono de una industria mundial en crecimiento.
Ilustración artística del proceso de molturación por bolas en el que se basa el nuevo método desarrollado para generar fluoroquímicos.
Calum Patel
Utilizando técnicas de alta precisión, como la difracción de rayos X, los investigadores desvelaron datos clave sobre la composición de Fluoromix y las estructuras de las especies fluorantes. El diagrama muestra las estructuras de los componentes cristalinos de Fluoromix, que sirven como reactivos fluorantes.
Prof. Michael Hayward
Los fluoroquímicos son un grupo de productos químicos que tienen una amplia gama de aplicaciones importantes -incluidos polímeros, productos agroquímicos, productos farmacéuticos y las baterías de iones de litio en teléfonos inteligentes y automóviles eléctricos- con un mercado global de 21,4 mil millones de dólares en 2018. En la actualidad, todos los fluoroquímicos se generan a partir del gas tóxico y corrosivo fluoruro de hidrógeno (HF) en un proceso que consume mucha energía. A pesar de las estrictas normas de seguridad, en las últimas décadas se han producido numerosos vertidos de HF, a veces con accidentes mortales y efectos medioambientales perjudiciales.
Para desarrollar un método más seguro, un equipo de químicos de la Universidad de Oxford, junto con colegas de la empresa derivada de Oxford FluoRok, el University College de Londres y la Universidad Estatal de Colorado, se inspiraron en el proceso natural de biomineralización que forma los dientes y los huesos. Normalmente, el propio HF se produce haciendo reaccionar un mineral cristalino llamado fluorita (CaF2) con ácido sulfúrico en condiciones muy duras, antes de utilizarlo para fabricar fluoroquímicos. Con el nuevo método, los fluoroquímicos se fabrican directamente a partir de CaF2, evitando por completo la producción de HF: un logro que los químicos llevan décadas buscando.
En el nuevo método, el CaF2 en estado sólidose activa mediante un proceso inspirado en la biomineralización, que imita el modo en que los minerales de fosfato cálcico se forman biológicamente en dientes y huesos. El equipo molió CaF2 con sal de fosfato potásico en polvo en un molino de bolas durante varias horas, mediante un proceso mecanoquímico que ha evolucionado a partir de la forma tradicional de moler especias con un mortero.
El producto en polvo resultante, denominado Fluoromix, permitió la síntesis de más de 50 fluoroquímicos diferentes directamente a partir de CaF2, con un rendimiento de hasta el 98%. El método desarrollado tiene el potencial de racionalizar la cadena de suministro actual y disminuir las necesidades energéticas, ayudando a cumplir los objetivos de sostenibilidad futuros y a reducir la huella de carbono de la industria.
Resulta emocionante que el proceso en estado sólido desarrollado fuera tan eficaz con fluorita de grado ácido (> 97%, CaF2) como con CaF2 de grado reactivo sintético. El proceso representa un cambio de paradigma para la fabricación de fluoroquímicos en todo el mundo y ha llevado a la creación de FluoRok, una empresa derivada centrada en la comercialización de esta tecnología y en el desarrollo de fluorinaciones seguras, sostenibles y rentables. Los investigadores confían en que este estudio anime a científicos de todo el mundo a aportar soluciones disruptivas a problemas químicos complejos, con la perspectiva de obtener beneficios para la sociedad.
Calum Patel, del Departamento de Química de la Universidad de Oxford y uno de los autores principales del estudio, afirma: "La activación mecanoquímica del CaF2 con una sal de fosfato fue una invención apasionante porque este proceso aparentemente sencillo representa una solución muy eficaz a un problema complejo; sin embargo, quedaban grandes interrogantes sobre cómo funcionaba esta reacción. La colaboración fue clave para responder a estas preguntas y avanzar en nuestra comprensión de esta nueva e inexplorada área de la química del flúor. Las soluciones satisfactorias a los grandes retos surgen de enfoques y conocimientos multidisciplinares, y creo que este trabajo pone de manifiesto su importancia".
La autora principal, la profesora Véronique Gouverneur FRS, del Departamento de Química de la Universidad de Oxford, que concibió y dirigió este estudio, afirma: "El uso directo del CaF2 para la fluoración es un santo grial en este campo, y hace décadas que se busca una solución a este problema. La transición a métodos sostenibles para la fabricación de productos químicos, con un impacto reducido o nulo en el medio ambiente, es hoy un objetivo prioritario que puede acelerarse con programas ambiciosos y un replanteamiento total de los procesos de fabricación actuales. Este estudio representa un paso importante en esta dirección porque el método desarrollado en Oxford tiene el potencial de aplicarse en cualquier lugar del mundo académico y la industria, minimizar las emisiones de carbono, por ejemplo acortando las cadenas de suministro, y ofrecer una mayor fiabilidad ante la fragilidad de las cadenas de suministro mundiales.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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