環境への影響を最小限にするためにカーボンナノチューブの製造の新しい方法

Published on November 11, 2010 at 3:53 AM

その大きさ、強さと電気的性質を考えると、カーボンナノチューブ - 炭素原子で作られた小さな、中空シリンダーは - エレクトロニクス、医学、その他の分野における応用範囲のための約束を保持する。

近年のカーボンナノチューブの産業発展にもかかわらず、しかし、非常にそれらがどのようにフォームまたはそれらの製造の環境への影響についてはほとんど知られていない少し。

グラフィック:クリスティンダニロフ

それは、一つのプロセスは一般的にカーボンナノチューブ、またはCNTを生成するために使用されることが判明し、毎年大気中に、温室効果ガスや有害大気汚染物質を含む、化学物質の数百トンを解放することがあります。加熱炭素系ガスを含むステップとキー反応性"食材"を追加 - - ナノACSのウェブサイトに先週発表された論文で、研究者が実験で、そのプロセスの1ステップを除去することを報告する副産物有害の排出削減を少なくとも10倍と、いくつかのケースで、100倍。また、半分にプロセスで使用されるエネルギー量を削減する。

"我々は、このすべてを行うと、まだ良いのCNT成長を持ってできた、"ウッズホール海洋研究所とMITの共同プログラムの博士課程の学生として、2007年から2009年にかけて研究を主導したデジプラタは、述べています。今すぐ航空宇宙工学と土木環境工学(CEE)のMITの部門の助教授を訪問し、プラタは、フィリップGschwend、CEEの工学のフォード教授、およびジョンハートを含め、いくつかのMITおよびミシガン大学の研究者と論文を共同でミシガン大学の機械工学の教授。研究では、若いCNTの産業と環境の化学者が作業望ましくない環境への影響を防止または制限する方法を開発するように材料開発へのアプローチを変更するには、長期的な努力の一環です。

彼らの研究では、プラタ、彼女の同僚は、触媒化学蒸着と呼ばれる一般的なCNTの製造プロセスを分析した。この方法では、製造業者は、メタン、一酸化炭素やエチレンなどの"原料ガス"と水素を組み合わせる。そして、彼らはその後、CNTを形成するニッケルや鉄などの金属触媒を含む反応器中で組み合わせを加熱する。問題は、一度カーボンナノチューブの形態、未反応の化合物は(最初の原料の最大97%)が多くの場合、空気中に放出されるということです。

熱をオフにする

カスタムメイドの実験室規模のリアクターでは、研究者は水素と一般的に、大量のCNTの製造に使用されるエチレンを、加熱し、金属触媒にそれを伝えた。彼らは40種類以上の化合物は、メタンやベンゼンなどの有害大気汚染物質のような温室効果ガスを含む、形成されたことがわかった。

研究者はすべてのこれらの化合物が成長するCNTのために不可欠であることを疑い、そして彼らは、原料ガスを加熱すると危険な化合物を作る上で重要な役割を果たしていることを知っていた。そこで、彼らは最高の成長につながった化合物の組み合わせを見て、40化合物、一つずつのいくつかで非加熱エチレンと水素を組み合わせる。このようなメタンやベンゼンなど、副産物望ましくない他の化合物は、ありませんでしたが、彼らは、3つの異なる結合でくっついて特定のアルキン、または少なくとも2個の炭素原子を持つ分子は、最高の成長を生成することを観察した。

プラタおよび彼女の同僚は、熱することなく、直接金属の触媒に、エチレンと水素を、常温のアルキンを衝突によって有害物質の排出とエネルギー消費量の両方で彼らの劇的な削減を達成。彼らはまた、彼らはそれぞれ、約20〜40%使用されるエチレンと水素の量を減らし、そして依然としてCNT成長の同じ速度と品質を達成できることを学びました。プラタは、ラボ実験の結果は一般化しにくい一方、数年内に数十億ドルに達すると予想される市場で、これらの変更は、製造業者のために"大幅なコスト削減"につながることができるという。

業界の反応

それは紙、デビッドLashmore、コンコード、ニューハンプシャー州ベースのNanocomp Technologies社の副社長兼CTO(最高技術責任者)で説明した方法を採用するメーカーはまだ時期尚早かもしれませんが、方法は彼の会社はそれがに方法を探すようにしようとする意志があるものだと言うその製造工程の環境影響を最小限に抑えることができます。 "これは私たちに高い関心があると我々のプロセスの経済学にさまざまな影響を与える可能性がある"と彼は言う。

プラタは、MITの研究が1つだけのカーボンナノチューブを作るために使用されるいくつかの原料ガスの、と同じ分析を他の人のために行われる必要があると分析していると指摘している。しかし、彼女の自身の部分のために、彼女は現在、金属触媒と、このプロセス中の炭化水素の正確な相互作用を決定しようとすると、CNTが形成する方法に焦点を当てている。触媒の役割は、研究者は原子でCNTを"形成の原子を操作する助けることができる知っている - より正確に彼らが今できるよりも、彼女は言う。

研究は、MITの地球システムイニシアティブと持続可能性のためのフェローのMITマーティン協会、国立科学財団、ロッキードマーチンナノシステムと大学のナノマニュファクチャリングプログラムを介してArunasとパムChesonis点火グラント、ウッズホール海洋研究所によって資金を供給された機械工学と工学大学のミシガン州省。

ソース: http://web.mit.edu/

Last Update: 4. October 2011 22:31

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