双氧水(低浓度过氧化氢)是常见的医疗用品,用途为伤口杀菌消毒,但对发展中国家的偏远地区来说,这种用品不常见也不好保存。麻省理工学院团队最近开发一种简单的便携式设备,只需要空气、水和电就能连续生成过氧化氢,提供给当地人安全的消毒用剂。
各行各业都常见到“过氧化氢(H2O2)”这种高活性化学物质,基本上就是额外多带氧原子的水,一般低浓度(3%)的过氧化氢主要用于杀菌及外用医疗用途,比如伤口消毒;较高浓度(大于10%)的过氧化氢则用于纺织品、皮革、纸张、木材制造工业,作为漂白剂及去味剂;再更高浓度的过氧化氢还能用作火箭推进剂。
然而你药柜中常见的消毒用品,对住在发展中国家偏远地区的居民来说,却可能难得一见。
虽然可以在当地建盖化工厂生产过氧化氢,但大规模生产过氧化氢的工厂目前多采用“蒽醌法”,需要大型设备稳定供应甲烷或天然气作为氢源,然后在催化剂帮助下还原氧分子,这种方法可以产生大量过氧化氢,但属于能源密集工业,且若长距离运输高浓度过氧化氢也可能引发灾难。
因此麻省理工学院团队开发一种新技术,可以将一座化工厂整合进一台小型的便携装置中,只需要水、空气和少量的电就能生产这种化学物质。
过去,类似的便携式设备有几个问题,包括:制造出来的过氧化氢浓度太低、很难将过氧化氢与电解过程的电解质分离而导致效率低下等,麻省理工学院团队于是透过 2 个单独步骤解决这些问题。
首先,利用电(太阳光电、风电等再生能源就够用)将水分解成氢和氧,接着氢与“载体”分子反应,然后再将这些分子引入独立反应室,在此与来自外界的氧气结合形成过氧化氢。在该过程中,载体分子会重新恢复成原始状态,然后回收循环再利用,整个设备都不会有耗尽资源的麻烦。
虽然团队的原型装置产出之过氧化氢浓度一样很低,但研究人员相信只要修正设计就能提升产物浓度,任何你想得到交通不方便的地方,都可以靠这种设备获得消毒水。新论文发表在《Joule》期刊。
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(首图来源:麻省理工学院)