El peróxido de hidrógeno es una sustancia muy útil para esterilizar y ha sido propuesto para descontaminar las mascarillas que empleamos para protegernos de amenazas como la COVID-19, de modo que puedan ser reutilizadas, sobre todo cuando existe escasez de este tipo de materiales.

La obtención comercial de peróxido de hidrógeno, sin embargo, no siempre es fácil, sobre todo cuando tiene alta demanda. Por eso, un grupo de investigadores ha desarrollado un método portátil y más respetuoso con el medio ambiente de producir peróxido de hidrógeno. Podría permitir a los hospitales hacer su propio suministro del desinfectante bajo demanda y a un menor costo.

El trabajo, una colaboración entre la Universidad de California San Diego, la Universidad de Columbia, el Laboratorio Nacional de Brookhaven, la Universidad de Calgary, y la Universidad de California, Irvine, se detalló en un artículo publicado en la revista Nature Communications.

Si bien los resultados de utilizar peróxido de hidrógeno para descontaminar mascarillas son hasta ahora prometedores, algunos investigadores temen que la escasa vida útil del producto químico pueda hacer que esos esfuerzos de descontaminación acaben siendo costosos.

El principal problema es que el peróxido de hidrógeno no es estable; comienza a descomponerse en agua y oxígeno incluso antes de que se haya abierto la botella. Y se descompone aún más rápidamente una vez que se expone al aire o a la luz.

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Equipo usado para ensayar la producción de peróxido de hidrógeno. (Foto: Zheng Chen Lab)

“Tal vez solo tengas un par de meses para usarlo antes de que caduque, así que hay que pedir lotes con más frecuencia para disponer de un suministro adecuado”, dijo el profesor de nanoingeniería de la Universidad de California en San Diego, Zheng Chen. “Y debido a que se descompone tan rápidamente, el envío y el almacenamiento se vuelven muy costosos”.

Chen y sus colegas desarrollaron un método rápido, simple y barato para generar peróxido de hidrógeno “en casa” usando solo un pequeño frasco, aire, un electrolito estándar, un catalizador y electricidad.

“Nuestro objetivo es crear una instalación portátil que pueda ser simplemente conectada para que los hospitales, e incluso los hogares, tengan una forma de generar peróxido de hidrógeno bajo demanda”, dijo Chen. “No hay necesidad de enviarlo, no hay necesidad de almacenarlo, y no hay prisa por usarlo todo antes de que expire. Esto podría ahorrar hasta un 50 a 70% en costos”. Otra ventaja es que el método es menos tóxico que los procesos industriales para obtenerlo.

El método se basa en una reacción química en la que una molécula de oxígeno se combina con dos electrones y dos protones en una solución electrolítica ácida para producir peróxido de hidrógeno. Este tipo de reacción es fácil de usar porque puede producir peróxido de hidrógeno diluido con la concentración deseada bajo demanda. “En el próximo paso, desarrollaremos electrocatalizadores adecuados para otras soluciones electrolíticas para aumentar aún más el rango de sus aplicaciones”, dijo el estudiante graduado en ingeniería química de la Universidad de San Diego, Qiaowan Chang.

La clave para hacer que esta reacción ocurra es un catalizador especial que el equipo desarrolló. Está compuesto de nanotubos de carbono que han sido parcialmente oxidados, lo que significa que se han adherido a la superficie átomos de oxígeno. Los átomos de oxígeno están unidos a pequeños grupos de tres o cuatro átomos de paladio. Estos enlaces entre los grupos de paladio y los átomos de oxígeno son los que permiten que la reacción ocurra con una alta selectividad y actividad debido a su óptima energía de unión del intermediario clave durante la reacción.

El profesor de ingeniería química de la Universidad de Columbia, Jingguang Chen, dijo: “La coordinación entre el grupo de Pd modificado por el oxígeno y los grupos funcionales que contienen oxígeno en los nanotubos de carbono es la clave para mejorar su rendimiento catalítico”.

El equipo desarrolló originalmente este método para hacer que los procesos de reciclado de baterías sean más ecológicos. El peróxido de hidrógeno es uno de los productos químicos utilizados para extraer y recuperar metales como el cobre, el níquel, el cobalto y el magnesio de las baterías de iones de litio usadas. De manera similar, también hace más eficiente la activación de las moléculas de hidrocarburos, lo cual es un paso crítico en muchos procesos químicos industriales.

 

“Llevábamos trabajando en este proyecto alrededor de un año y medio. Mientras terminábamos las cosas, golpeó la pandemia de COVID-19”, dijo Chen. Ver las noticias sobre el uso de vapor de peróxido de hidrógeno para desinfectar las mascarillas N95 para su reutilización motivó al equipo a cambiar de dirección.

 

“Vimos que había una necesidad más apremiante de esfuerzos para ayudar a los trabajadores de la salud que pueden no tener suficiente protección mientras cuidan a los pacientes que sufren del nuevo coronavirus”, dijo.

 

El trabajo se encuentra en la etapa de prueba de concepto. En el futuro, el equipo trabajará en la optimización y ampliación del método para su posible uso en hospitales. Los estudios futuros incluyen la modificación del método para que se pueda hacer usando un electrolito neutro (básicamente una solución salina) en lugar de uno ácido, lo que sería mejor para las aplicaciones domésticas y clínicas, dijo Chen. Parte de este trabajo continuo es apoyado actualmente por el Centro de Energía y Energía Sostenible de la Universidad de California en San Diego. (Fuente: NCYT Amazings)