Un team di chimici ha sviluppato un metodo completamente nuovo per generare fluorochimici di fondamentale importanza che bypassa il gas prodotto pericoloso fluoruro di idrogeno (HF). I risultati, pubblicati oggi in Scienzapotrebbe ottenere un impatto immenso nel migliorare la sicurezza e l’impronta di carbonio di un’industria globale in crescita.
I fluorochimici sono un gruppo di sostanze chimiche che hanno una vasta gamma di applicazioni importanti, tra cui polimeri, prodotti agrochimici, prodotti farmaceutici e le batterie agli ioni di litio negli smartphone e nelle auto elettriche, con un mercato globale di 21,4 miliardi di dollari nel 2018. Attualmente tutti i fluorochimici sono generati dal gas tossico e corrosivo fluoruro di idrogeno (HF) in un processo ad alta intensità energetica. Nonostante le severe norme di sicurezza, negli ultimi decenni si sono verificate numerose fuoriuscite di HF, a volte con incidenti mortali ed effetti ambientali dannosi.
Per sviluppare un approccio più sicuro, un team di chimici dell’Università di Oxford insieme ai colleghi dello spin-out di Oxford FluoRok, dell’University College London e della Colorado State University, si sono ispirati al naturale processo di biomineralizzazione che forma denti e ossa. Normalmente, lo stesso HF viene prodotto facendo reagire un minerale cristallino chiamato fluorite (CaF2) con acido solforico in condizioni difficili, prima che venga utilizzato per produrre prodotti fluorochimici. Nel nuovo metodo, i fluorochimici sono prodotti direttamente dal CaF2bypassando completamente la produzione di HF: un risultato che i chimici hanno cercato per decenni.
Nel nuovo metodo, CaF allo stato solido2 è attivato da un processo ispirato alla biomineralizzazione, che imita il modo in cui i minerali di fosfato di calcio si formano biologicamente nei denti e nelle ossa. La squadra ha messo a terra CaF2 con sale di fosfato di potassio in polvere in un mulino a sfere per diverse ore, utilizzando un processo meccanochimico che si è evoluto dal modo tradizionale in cui maciniamo le spezie con un pestello e un mortaio.
Il prodotto in polvere risultante, chiamato Fluoromix, ha consentito la sintesi di oltre 50 diversi fluorochimici direttamente dal CaF2 , con una resa fino al 98%. Il metodo sviluppato ha il potenziale per semplificare l’attuale catena di approvvigionamento e ridurre il fabbisogno energetico, contribuendo a raggiungere i futuri obiettivi di sostenibilità ea ridurre l’impronta di carbonio del settore.
È interessante notare che il processo allo stato solido sviluppato è stato altrettanto efficace con la fluorite di grado acido (> 97%, CaF2) come avveniva con CaF di grado reagente sintetico2. Il processo rappresenta un cambio di paradigma per la produzione di fluorochimici in tutto il mondo e ha portato alla creazione di FluoRok, una società spin-out incentrata sulla commercializzazione di questa tecnologia e sullo sviluppo di fluorurazioni sicure, sostenibili ed economiche. I ricercatori sperano che questo studio incoraggi gli scienziati di tutto il mondo a fornire soluzioni dirompenti a problemi chimici impegnativi, con la prospettiva di benefici per la società.
Calum Patel, del Dipartimento di Chimica dell’Università di Oxford e uno degli autori principali dello studio, afferma:
‘Attivazione meccanochimica di CaF2 con un sale fosfato è stata un’invenzione entusiasmante perché questo processo apparentemente semplice rappresenta una soluzione altamente efficace a un problema complesso; tuttavia, rimanevano grandi domande su come funzionasse questa reazione. La collaborazione è stata la chiave per rispondere a queste domande e far progredire la nostra comprensione di questa nuova area inesplorata della chimica del fluoro. Le soluzioni di successo alle grandi sfide derivano da approcci e competenze multidisciplinari, penso che il lavoro catturi davvero l’importanza di tutto ciò.’
L’autrice principale, la professoressa Véronique Gouverneur FRS, del Dipartimento di Chimica dell’Università di Oxford, che ha ideato e condotto questo studio, afferma:
‘L’uso diretto di CaF2 poiché la fluorurazione è un Santo Graal nel campo e una soluzione a questo problema è stata cercata per decenni. La transizione verso metodi sostenibili per la produzione di prodotti chimici, con impatto negativo ridotto o nullo sull’ambiente, è oggi un obiettivo prioritario che può essere accelerato con programmi ambiziosi e un ripensamento totale degli attuali processi produttivi. Questo studio rappresenta un passo importante in questa direzione perché il metodo sviluppato a Oxford ha il potenziale per essere implementato ovunque nel mondo accademico e industriale, ridurre al minimo le emissioni di carbonio, ad esempio accorciando le catene di approvvigionamento, e offrire una maggiore affidabilità alla luce della fragilità delle catene di approvvigionamento globali.’
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
