New Way of Carbon Nanotube Produksjonen å minimere miljøpåvirkningen

Published on November 11, 2010 at 3:53 AM

Gitt deres størrelse, styrke og elektriske egenskaper, karbon nanorør - små, hule sylindre laget av karbon atomer - hold løftet for en rekke anvendelser innen elektronikk, medisin og andre felt.

Til tross for industriell utvikling av nanorør de siste årene, men svært lite er kjent om hvordan de dannes eller miljøeffektene av produksjonen.

Grafikk: Christine Daniloff

Det viser seg at den ene prosessen vanligvis brukes til å produsere karbon nanorør, eller CNTs, kan frigi flere hundre tonn kjemikalier, blant annet utslipp av gasser og farlige luftforurensning, opp i luften hvert år. I en artikkel publisert i forrige uke på ACS Nano nettsted, forskerne rapporterer at i eksperimenter, fjerne et skritt i denne prosessen - et skritt som involverer oppvarming karbonbaserte gasser og legge nøkkelen reaktive "ingredienser" - reduserte utslipp av skadelige biprodukter minst tidoblet, og i noen tilfeller med en faktor på 100. Det også redusere mengden energi som brukes i prosessen med halvparten.

"Vi var i stand til å gjøre alt dette og fortsatt ha god CNT vekst", sier Desiree Plata, som ledet forskningen mellom 2007 og 2009 som en doktorgradsstudent i MITs felles program med Woods Hole Oceanographic Institution. Nå et besøk assisterende professor i MITs Institutt for Aeronautics og Astronautics og Civil and Environmental Engineering (CEE), samarbeidet Plata på papiret med flere MIT og University of Michigan forskere, deriblant Philip Gschwend, Ford Professor of Engineering i CEE, og John Hart, en mekanisk professor ved University of Michigan. Studien er en del av en langsiktig innsats for å endre tilnærming til materialet utvikling slik at miljømessige kjemikere arbeider med de unge CNT industrien til å utvikle metoder for å hindre eller begrense uønskede miljøkonsekvenser.

I sin studie, analysert Plata og hennes kolleger en felles CNT produksjonsprosess som kalles katalytisk kjemisk damp deponering. I denne metoden, produsenter kombinere hydrogen med en "råstoff gass", slik som metan, karbonmonoksid eller etylen. De så varme kombinasjonen i en reaktor som inneholder et metall katalysator som nikkel eller jern, som deretter danner CNTs. Problemet er at når CNTs form, ureagerte forbindelser (opp til 97 prosent av den opprinnelige feedstock) er ofte slippes ut i luften.

Slå av varmen

I en skreddersydd laboratorie-skala reaktoren, forskerne oppvarmede hydrogen og etylen, som vanligvis brukes i høy-volum CNT produksjon, og deretter leverte den til et metall katalysator. De fant at mer enn 40 forbindelser dannes, blant annet utslipp av gasser som metan og giftige luftforurensning som benzen.

Forskerne mistenkte at ikke alle disse forbindelsene var avgjørende for voksende CNTs, og de visste at oppvarming av råstoff gass spiller en kritisk rolle i å skape de farlige forbindelsene. Så de kombinerte uoppvarmede etylen og hydrogen med flere av de 40 forbindelser, en etter en, for å se hvilken kombinasjon av forbindelser førte til den beste veksten. De observerte at visse alkyner, eller molekyler som har minst to karbonatomer klistret sammen med tre distinkte obligasjoner, produserte den beste veksten, mens andre forbindelser som uønskede biprodukter, som for eksempel metan og benzen, ikke gjorde det.

Plata og hennes kolleger oppnådd sine dramatisk reduksjon i både skadelige utslipp og energiforbruk ved impinging romtemperatur alkyner, med etylen og hydrogen, direkte på metall katalysator, uten varme. De lærte også at de kunne redusere mengden av etylen og hydrogen brukt av 20 og 40 prosent, og likevel oppnå samme hastighet og kvalitet på CNT vekst. Plata sier at mens resultatene av laboratorieeksperimenter er vanskelig å generalisere, i et marked som er ventet å nå flere milliarder dollar i løpet av flere år, kan disse endringene oversette til "betydelige kostnadsbesparelser" for produsentene.

Industri reaksjon

Selv om det er for tidlig for produsenter å ta i bruk metoden presentert i avisen, David Lashmore, visepresident og teknisk sjef i Concord, NH-baserte Nanocomp Technologies, sier at metoden er noe hans selskap er villig til å prøve så det ser etter måter å minimalisere miljøeffekter av produksjonsprosessen. "Dette er av høy interesse for oss og kunne ha en bred innvirkning på vår prosess økonomi," sier han.

Last Update: 12. October 2011 17:43

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit