New Way de la production de nanotubes de carbone pour minimiser l'impact environnemental

Published on November 11, 2010 at 3:53 AM

Compte tenu de leur taille, la force et les propriétés électriques des nanotubes de carbone - minuscules, cylindres creux constitués d'atomes de carbone - sont prometteuses pour un éventail d'applications dans l'électronique, la médecine et autres domaines.

Malgré le développement industriel des nanotubes de ces dernières années, cependant, on sait très peu sur la façon dont ils ont la forme ou l'impact environnemental de leur fabrication.

Graphique: Christine Daniloff

Il s'avère que l'un procédé couramment utilisé pour produire des nanotubes de carbone, ou NTC, peut libérer plusieurs centaines de tonnes de produits chimiques, y compris les gaz à effet de serre et de polluants atmosphériques dangereux, dans l'air chaque année. Dans un article publié la semaine dernière sur le site ACS Nano, les chercheurs rapportent que dans des expériences, en supprimant une étape dans ce processus - une étape qui consiste à chauffer à base de carbone des gaz et en ajoutant clés réactive "ingrédients" - réduction des émissions de sous-produits nocifs au moins dix fois et, dans certains cas, par un facteur de 100. Il a également réduire la quantité d'énergie utilisée dans le processus de moitié.

"Nous avons pu faire tout cela et ont toujours une bonne croissance CNT», explique Désirée Plata, qui a dirigé la recherche entre 2007 et 2009 comme un étudiant au doctorat en programme conjoint avec le MIT Woods Hole Oceanographic Institution. Maintenant un professeur adjoint invité dans les départements du MIT de l'aéronautique et d'astronautique et génie civil et environnemental (FEC), Plata collaboré sur le papier avec plusieurs MIT et l'Université du Michigan chercheurs, y compris Philippe Gschwend, Ford professeur de génie dans les PECO, et John Hart, un professeur de génie mécanique à l'Université du Michigan. L'étude fait partie d'un effort à long terme de changer l'approche du développement du matériel afin que les chimistes de l'environnement de travail avec l'industrie jeunes CNT pour développer des méthodes pour prévenir ou limiter les conséquences environnementales indésirables.

Dans leur étude, Plata et ses collègues ont analysé un processus de fabrication commune CNT connu sous le nom de dépôt chimique catalytique vapeur. Dans cette méthode, les fabricants de combiner l'hydrogène avec un «gaz d'alimentation», comme le méthane, monoxyde de carbone ou d'éthylène. Ils ont ensuite la combinaison de la chaleur dans un réacteur qui contient un catalyseur métallique comme le nickel ou le fer, qui forme alors NTC. Le problème est qu'une fois que le formulaire de NTC, composés n'ayant pas réagi (jusqu'à 97 pour cent de la matière première initiale) sont souvent rejetés dans l'air.

Éteindre le feu

Dans un sur-mesure à l'échelle laboratoire du réacteur, les chercheurs chauffée hydrogène et l'éthylène, qui est couramment utilisé dans les grands volumes de fabrication CNT, puis livrées à un catalyseur métallique. Ils ont constaté que plus de 40 composés formés, y compris les gaz à effet de serre comme le méthane et les polluants atmosphériques toxiques comme le benzène.

Les chercheurs ont suspecté que tous ces composés ont été essentiels pour NTC croissance, et ils savaient que le chauffage du gaz d'alimentation joue un rôle essentiel dans la création des composés dangereux. Alors ils ont combiné d'éthylène et d'hydrogène chauffé avec plusieurs des 40 composés, un par un, pour voir quelle est la combinaison de composés conduit à la meilleure croissance. Ils ont observé que certains alcynes, ou des molécules qui ont au moins deux atomes de carbone collés ensemble avec trois liaisons distinctes, a produit la meilleure croissance, tandis que d'autres composés qui sont sous-produits indésirables, tels que le méthane et le benzène, n'a pas fait.

Plata et ses collègues ont accompli leur réduction spectaculaire dans les deux émissions nocives et la consommation d'énergie par empiéter température ambiante alcynes, d'éthylène et d'hydrogène, directement sur le catalyseur métallique, sans chaleur. Ils ont aussi appris qu'ils pouvaient réduire la quantité d'éthylène et d'hydrogène utilisé par environ 20 à 40 pour cent, respectivement, et encore atteindre le même taux et la qualité de la croissance de la CNT. Plata indique que tandis que les résultats des expériences de laboratoire sont difficiles à généraliser, dans un marché qui devrait atteindre plusieurs milliards de dollars d'ici quelques années, ces changements pourraient se traduire par "des économies de coûts significatives" pour les fabricants.

Réaction de l'industrie

Bien qu'il soit trop tôt pour les fabricants à adopter la méthode présentée dans ce document, David Lashmore, vice-président et directeur technologique de Concord, NH-Technologies Nanocomp, explique la méthode est quelque chose de son entreprise est prête à essayer car il cherche des moyens de minimiser les effets environnementaux de ses processus de production. «C'est un grand intérêt pour nous et pourrait avoir un large impact sur notre économie du procédé», dit-il.

Plata souligne que l'étude du MIT analysé qu'un seul de gaz à effet de plusieurs matières premières utilisées pour faire des nanotubes de carbone, et que la même analyse doit être fait pour les autres. Mais pour sa propre part, elle se concentre maintenant sur la façon NTC forme, essayer de déterminer l'interaction précise du catalyseur métallique et les hydrocarbures dans ce processus. Connaissant le rôle du catalyseur pourrait aider les chercheurs manipulent atomes formation de NTC »par atome - beaucoup plus précisément que ce qu'ils peuvent maintenant, dit-elle.

L'étude a été financée par le Woods Hole Oceanographic Institution, le Arunas et Pam Chesonis allumage subvention via l'Initiative du MIT Systèmes Terre et le MIT Martin Society of Fellows pour la durabilité, le programme de nanofabrication de la National Science Foundation, Lockheed Martin Nanosystèmes et l'Université de Michigan, Département de génie mécanique et de College of Engineering.

Source: http://web.mit.edu/

Last Update: 10. October 2011 10:29

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