Weit verbreitete Chemikalien können jetzt ohne den Einsatz giftiger Gase hergestellt werden

Fluorhaltige Chemikalien, die in Arzneimitteln, Düngemitteln und Batterien verwendet werden, können jetzt hergestellt werden, ohne dass dabei giftiges Fluorwasserstoffgas freigesetzt wird

Von Karmela Padavic-Callaghan

20. Juli 2023

Gläser zum Mahlen des Pulvers

Gouverneur Group, Universität Oxford

Chemikalien, die das Element Fluor enthalten und häufig in Arzneimitteln, Düngemitteln und Batterien verwendet werden, können jetzt mit einem Verfahren hergestellt werden, das sicherer ist und weniger Energie verbraucht als die Herstellung dieser Substanzen seit Jahrhunderten.

Das Fluor in den meisten Fluorchemikalien stammt aus Salzstücken namens Flussspat, in denen das Element an Kalzium gebunden ist. Flussspatkristalle werden abgebaut und dann bei hoher Temperatur mit einer starken Säure behandelt, um das Fluorwasserstoffgas zu erzeugen, das bei der Herstellung von Fluorchemikalien verwendet wird.

Allerdings ist Fluorwasserstoff sehr giftig, was den gesamten Prozess sowohl für die Umwelt als auch für die menschliche Gesundheit gefährlich macht. Calum Patel von der Universität Oxford und seine Kollegen wollten Fluorchemikalien herstellen, ohne sie überhaupt zu verwenden.

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Ihre Idee bestand darin, Flussspat und ein Kaliumphosphatsalz zu Pulver zu mahlen, anstatt den Flussspat mit Säure reagieren zu lassen. Sie gaben die beiden Salze zusammen mit einer kleinen Stahlkugel in ein Edelstahlgefäß und schüttelten das Gefäß dann einige Stunden lang mit einer Maschine namens Kugelmühle.

Während sich das Glas bewegte, traf die Stahlkugel wiederholt auf die Salze und zermahlte sie wie ein freihändiger Mörser und Pistill. Dies löste auch eine chemische Reaktion aus, die eine neue, pulverförmige Verbindung erzeugte, die die Forscher Fluoromix nannten.

Anschließend stellten die Forscher fluorhaltige Verbindungen her, indem sie Fluoromix mit Wasser und anderen chemischen Inhaltsstoffen kombinierten.Um zu bestätigen, dass dieses Material das gefährliche Fluorwasserstoffgas als Fluorquelle ersetzen kann, verwendeten sie Fluoromix, um über 50 verschiedene Verbindungen herzustellen, darunter einige, die notwendige Inhaltsstoffe für Medikamente, Düngemittel und Antibiotika sind.

Patel sagt, dass das von seinem Team verwendete Mahlverfahren für die Fluorchemie neu ist, aber als umweltfreundlicherer Ansatz in anderen chemischen Herstellungsprozessen weit verbreitet ist, beispielsweise bei der Herstellung von Teilen für neuartige Batterien. Dies liegt daran, dass es bei Raumtemperatur funktioniert und daher den Prozess weniger energieintensiv macht als die Herstellung und Verwendung von Fluorwasserstoff.

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David O'Hagan von der University of St Andrews im Vereinigten Königreich sagt, dass die neue Methode einen Wandel in einer Branche bewirken könnte, die noch immer Methoden aus dem 16. Jahrhundert verwendet. „Es ist im positiven Sinne überraschend, dass man Fluorwasserstoff vermeiden kann, und Fluorwasserstoff hat zu vielen Industrieunfällen und Todesfällen geführt. Für mich sieht es so aus, als ob es der Beginn von etwas Neuem für diese Branche sein könnte“, sagt er.

„Das scheint ein Durchbruch zu sein“, sagt James Clark von der University of York im Vereinigten Königreich. „Flussspat auf diese Weise direkt zu nutzen, ist so etwas wie ein heiliger Gral, der bisher praktisch keinen Erfolg hatte.“ Er sagt, dass die Forscher nun herausfinden müssen, wie genau sich die neue Methode preislich im Vergleich zu traditionelleren Ansätzen schlägt und wie gut sie für sehr große, industrielle Mengen an Flussspat angepasst werden kann.

Zeitschriftenreferenz

Wissenschaftlicher DOI: 10.1126/science.adi1557

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