清理过氧化氢生产

制造过氧化氢最常见的过程是从一种剧毒、易燃的工作溶液开始的,这种溶液与氢结合,经过过滤,与氧结合,混合在水中,然后浓缩到极高的浓度以便运输。

运输过程同样错综复杂。大多数生产过氧化氢的大型化工厂位于俄罗斯和中国。对于像美国石油和天然气行业这样的大市场,浓缩过氧化氢通常会被运往美国,经过稀释,然后通过铁路或卡车运往德克萨斯州西部等地,在那里,服务公司会购买过氧化氢,并为客户泵送。

所有这些复杂性掩盖了过氧化氢结构简单的事实。事实上,人们早就知道,在不同的生物系统中,有一大类被称为酶的特殊蛋白质可以与过氧化氢协同工作。但事实证明,将这些知识转化为更自然的生成过氧化氢的方法是困难的——直到最近。

过去几年,由麻省理工学院一位校友联合创办的初创公司Solugen一直在通过将转基因酶与植物糖等有机化合物结合来生产过氧化氢。这种反应产生了以生物为基础的过氧化氢和有机酸,该公司表示,这种方法比传统方法更便宜、更安全,毒性也小得多。

Solugen目前在德克萨斯州有两个试点工厂,每天生产超过10吨过氧化氢,明年夏天将有一个更大的工厂开业。这项技术有可能脱碳生产一种非常常见的化学品,用于大量的消费和工业应用。

像Solugen这样的科技公司通常是由研究某个特定问题多年的研究人员创办的。它们的成功往往取决于能否获得政府资助或企业伙伴关系。但Solugen的历史要丰富得多。

该公司可以将其成功归因于对胰腺癌的研究、Facebook上一群漂浮水疗爱好者、家得宝(Home Depot)卓有成效的挥霍,以及使Solugen的解决方案成为可能的几个领域的出现。

在Facebook朋友的帮助下勉强度日

Solugen联合创始人高拉布·查克拉巴蒂(Gaurab Chakrabarti) 2015年在医学院研究胰腺癌时,发现癌细胞中有一种酶可以在高浓度过氧化氢中发挥作用。

这种酶需要另一种昂贵的化学物质才能在反应中发挥作用,所以查克拉巴蒂与肖恩·亨特博士(Sean Hunt SM ‘ 13 PhD ‘ 16)合作。肖恩·亨特博士是查克拉巴蒂与亨特的妻子在医学院上学时结识的。当查克拉巴蒂向亨特展示这种酶时,亨特正在为他的博士学位研究更传统的化学处理方法。

亨特说:“我的背景不是生物技术,所以我对恢复中的生物技术持怀疑态度。”“我在学校学过酶,每个人都知道它们有多么活跃和选择性,但它们太不稳定,很难制造。”

亨特和查克拉巴蒂利用计算蛋白设计方法对这种酶进行了基因改造,使其在室温下与糖等廉价有机化合物结合时产生过氧化氢。

不久之后,两位创始人进入了2016年麻省理工学院(MIT) 10万美元投球比赛的决赛,获得了1万美元的奖金。但他们仍然不确定这项技术是否值得追求。

然后,Facebook上的一群漂浮水疗爱好者联系了他们。漂浮的温泉将人们悬浮在咸水中,同时隔绝所有的噪音和光线,帮助他们实现感官剥夺。双氧水是用来保持浮温泉的清洁。

“美国大约有400家漂浮温泉他们都在一个Facebook群组中,一个所有者看到了我们的麻省理工学院(MIT) 10万美元的宣传视频,并把它分享给了Facebook群组,”亨特解释道。“这真的让我们在那个夏天继续使用Solugen。因为这些浮动水疗中心的业主联系我们说,‘这是我们为过氧化氢支付的价格。如果你们能做到,我们就买下它。”

受此鼓舞,两位创始人在达拉斯租了一个便宜的实验室,把他们早期设计的一种酶送给了中国的一家蛋白质制造商。然后,亨特在家得宝花了7000美元建造了一个实验反应堆,他将其描述为“这个小小的PVC泡沫柱”。

由于资金短缺,创始人买了55加仑的糖桶,用他们的酶把糖桶放进反应堆,得意地看着有机酸和过氧化氢从另一端出来。创始人开始出售他们能生产的所有过氧化氢,有时睡在地板上让反应堆通宵运转。到2016年12月,他们向float spa社区出售桶装过氧化氢,每月能赚1万美元。

该公司一直使用PVC泡沫反应器,直到2017年夏天,他们建造了一个完全自动化的反应器,能够生产10倍以上的过氧化氢。那时他们进入了石油和天然气行业。

一个大的有毒问题

随着石油和天然气公司从地下开采出来,它们会产生大量受污染的盐水,需要处理或处理。仅在美国,每天就有数十亿加仑这样的水被生产出来。过氧化氢通常用于处理过程中,但是传统的生成过氧化氢的方法除了危险之外,还会留下巨大的碳足迹,这与工作溶液的不断排放有关。

亨特说:“我真正喜欢的是这是一场真正的环境危机,我认为我们在这方面取得了重大进展。”

Solugen目前的生产设施提供浓缩形式的过氧化氢,但创始人计划在石油和天然气工厂旁边建造“迷你工厂”,不需要浓缩和稀释,以进一步降低成本,提高可持续性。

亨特说:“当我们建造这些东西的时候,我们意识到,因为我们用酶在室温、水中和低压下进行化学反应,这是非常安全的,因此我们可以建造这些小型植物。”“这对我们来说真的很令人兴奋。例如,你可以以每加仑2美元的价格出售过氧化氢。每加仑汽油的运费是1.5美元。运费几乎是这种化学品的价格。在某些情况下,它不仅仅是化学物质本身。”

Solugen的解决方案也很有趣,因为它直到最近才可能存在。为了制造其专有的酶,该公司正在利用相当新的计算蛋白设计和基因工程方法。它还依赖于一个由蛋白质合同制造商组成的行业,这个行业可以生产大量的工程酶,成本远低于5年前的水平。

亨特说,展望未来,Solugen的基础设施可以通过改变混合的酶和化合物来共同生产数百种不同的有机酸。他最感兴趣的副产品之一是醋酸,它被用来制醋。醋酸还用于生产聚酯纤维和塑料等重要材料。

亨特说:“过氧化氢和醋酸是我们经济的基本组成部分。“我们将Solugen视为(其他解决方案的)平台。从长远来看,这才是真正让我们兴奋的。”

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:http://news.mit.edu/2019/solugen-hydrogen-peroxide-0905

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