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Neue Methode von Kohlenstoff Nanotube-Produktion, Umweltbelastung Herabzusetzen

Published on November 11, 2010 at 3:53 AM

Ihre Größe Gegeben, halten Stärke und elektrische Eigenschaften, Kohlenstoff nanotubes - klein, die Hohlzylinder hergestellt von den Kohlenstoffatomen - Versprechen für eine Benutzungsmöglichkeit auf Elektronik, Medizin und anderen Gebieten an.

Trotz der industriellen Entwicklung von nanotubes in den letzten Jahren jedoch sehr bekannt wenig über, wie sie oder die Umweltbelastungen ihrer Fertigung sich bilden.

Grafik: Christine Daniloff

Sie fällt dieses ein Prozeßallgemein verwendete aus, um Kohlenstoff nanotubes zu produzieren, oder CNTs, gibt möglicherweise mehrere Hundert Tonnen Chemikalien, einschließlich Treibhausgase und Luftschadstoffe, in die Luft jedes Jahr frei. In einem Papier erschienene letzte Woche auf der ACS-Nano-Website, berichten die Forscher über den in den Experimenten, einen Schritt in diesem Prozess löschend - ein Schritt, der miteinbezieht, Kohlenstoff-basierte Gase und reagierende „Bestandteile“ der Additionstaste zu heizen - verringerte Emissionen von schädlichen Nebenerscheinungen mindestens zehnfach und in einigen Fällen durch einen Faktor von 100. Er schnitt auch die Menge von Energie verwendet im Prozess um eine Hälfte.

„Wir waren in der Lage, die ganze dieses zu tun und gutes CNT-Wachstum noch zu haben,“ sagt Desiree Plata, der die Forschung zwischen 2007 und 2009 führte, wie ein Doktorand in gemeinsamem Programm MITS mit dem Holz Ozeanographische Institution Durchlöchern. Jetzt arbeitete ein Besuchsassistenzprofessor in Abteilungen MITS von Luftfahrt und von Astronautik und in der Zivil- und UmweltTechnik (CEE), Plata auf dem Papier mit einigen MIT zusammen und University of Michigan-Forscher, einschließlich Philip Gschwend, Durchschreiten Professor der Technik in CEE und in John Hart, ein Maschinenbauprofessor an University of Michigan. Die Studie ist ein Teil einer langfristigen Bemühung, den Anflug zur materiellen Entwicklung zu ändern, damit Umweltchemiker mit der jungen CNT-Industrie arbeiten, um Methoden zu entwickeln, um unerwünschte Umweltkonsequenzen zu verhindern oder zu begrenzen.

In ihrer Studie analysierten Plata und ihre Kollegen ein geläufiges CNT-Herstellungsverfahren, das als katalytisches chemisches Bedampfen bekannt ist. In dieser Methode kombinieren Hersteller Wasserstoff mit einem „Viehbestandgas,“ wie Methan, Kohlenmonoxid oder Äthylen. Sie heizen dann die Kombination in einem Reaktor, der einen Metallkatalysator wie Nickel oder Eisen enthält, die dann CNTs bildet. Das Problem ist dass, sobald das CNTs-Formular, Mittel ohne Reaktion (bis 97 Prozent von den Anfangsviehbeständen) häufig in die Luft freigegeben werden.

Die Wärme Abstellen

In einem Reaktor nach Maß in der Laborphase heizten die Forscher Wasserstoff und Äthylen, das in Großserien-CNT-Herstellung allgemein verwendet ist, und entbanden es dann an einen Metallkatalysator. Sie fanden, dass mehr als 40 Mittel sich bildeten, einschließlich Treibhausgase wie Methan und giftige Luftschadstoffe wie Benzol.

Die Forscher vermuteten, dass nicht alle jene Mittel für das Wachsen von CNTs wesentlich waren, und sie wussten, dass das Heizen des Viehbestandgases eine kritische Rolle spielt, wenn es die gefährlichen Mittel herstellt. So kombinierten sie unbeheiztes Äthylen und Wasserstoff mit mehreren der 40 Mittel eins nach dem anderen um zu sehen welche Kombination von Mitteln zu das beste Wachstum führte. Sie beobachteten dass bestimmte Alkyne oder die Moleküle, die mindestens zwei Kohlenstoffatome haben, die zusammen mit drei eindeutigen Anleihen fest sind, produziert dem besten Wachstum, während andere Mittel, die unerwünschte Nebenerscheinungen, wie Methan und Benzol sind, nicht taten.

Plata und ihre Kollegen führten ihre drastische Reduzierung in beiden schädlichen Emissionen und Energieverbrauch durch Beinflussenraumtemperaturalkyne, mit Äthylen und Wasserstoff, direkt auf den Metallkatalysator, ohne Wärme durch. Sie erfuhren auch, dass sie die Menge des Äthylens und des Wasserstoffs verringern konnten, die durch ungefähr 20 und 40 Prozent, beziehungsweise verwendet wurden und noch die gleiche Kinetik und Qualität von CNT-Wachstum erzielen. Plata sagt, dass, während die Ergebnisse der Laborexperimente hart zu generalisieren sind-, in einem Markt, der erwartet wird, um mehrere Milliarde Dollar innerhalb einiger Jahre zu erreichen, diese Änderungen in „beträchtliche Kosteneinsparungen“ für Hersteller übertragen konnten.

Industriereaktion

Obgleich sie zu früh ist, damit Hersteller annehmen, sagt die Methode, die im Papier, David Lashmore, Vizepräsidenten- und Leitertechnologieoffizier der Übereinstimmung, N.H.-based Nanocomp Technologien dargestellt wird, dass die Methode etwas ist, die seine Firma bereit ist zu versuchen, da sie nach Methoden sucht, die Umweltfolgen seines Produktionsverfahrens herabzusetzen. „Dieses ist von den hohen Zinsen zu uns und könnte eine Breitenwirkung auf unserer Prozesswirtschaft haben,“ sagt er.

Plata unterstreicht, dass die MIT-Studie nur ein einiger Viehbestandgase analysierte, die verwendet wurden, um CNTs zu machen und dass die gleiche Analyse für die anderen erfolgt sein muss. Aber für ihr eigenes Teil, konzentriert sich sie jetzt auf wie CNTs-Formular und versucht, die genaue Interaktion des Metallkatalysators und der Kohlenwasserstoffe in diesem Prozess zu bestimmen. Das Kennen der Rolle des Katalysators könnte Forschern helfen, Entstehungsatom genau zu manipulieren CNTs' durch Atom - viel, als sie jetzt können, sagt sie.

Die Studie wurde von der Holz-Loch-Ozeanographischen Institution, das Arunas und Zündung Grant über die MIT-ErdAnlagen-Initiative und die Gesellschaft PAM Chesonis MITS Martin von Gegenstücken für Nachhaltigkeit, das Nanomanufacturing-Programm der National Science Foundation, Lockheed Martin Nanosystems und die University of Michigan-Abteilung des Maschinenbaus und College der Technik finanziert.

Quelle: http://web.mit.edu/

Last Update: 12. January 2012 19:26

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