Novo modo de produção Nanotubos de Carbono para minimizar o impacto ambiental

Published on November 11, 2010 at 3:53 AM

Dado o seu tamanho, força e propriedades elétricas, os nanotubos de carbono - minúsculos cilindros ocos feitos de átomos de carbono - uma promessa para uma gama de aplicações em eletrônica, medicina e outros campos.

Apesar do desenvolvimento industrial de nanotubos nos últimos anos, no entanto, muito pouco se sabe sobre como se formam ou os impactos ambientais de sua fabricação.

Gráfico: Christine Daniloff

Acontece que um processo comumente usado para produzir nanotubos de carbono, os nanotubos de carbono ou, pode liberar centenas de toneladas de produtos químicos, incluindo gases de efeito estufa e poluentes atmosféricos perigosos, para o ar a cada ano. Em um artigo publicado na semana passada no site do ACS Nano, os pesquisadores relatam que em experimentos, removendo um passo nesse processo - um passo que envolve o aquecimento à base de carbono e gases adicionando-chave reativa "ingredientes" - redução das emissões de subprodutos nocivos pelo menos dez vezes e, em alguns casos, por um fator de 100. Também reduziu a quantidade de energia utilizada no processo pela metade.

"Fomos capazes de fazer tudo isso e ainda ter crescimento CNT bom", diz Desiree Plata, que liderou a pesquisa entre 2007 e 2009 como um estudante de doutorado em programa conjunto com o MIT Woods Hole Oceanographic Institution. Agora, um professor assistente de visita em departamentos do MIT de Aeronáutica e Astronáutica e Engenharia Civil e Ambiental (CEE), Plata colaborou no papel com o MIT e vários pesquisadores da Universidade de Michigan, incluindo Philip Gschwend, Professor Ford de Engenharia na CEE, e Hart John, um professor de engenharia mecânica da Universidade de Michigan. O estudo faz parte de um esforço de longo prazo para mudar a abordagem do desenvolvimento material, de modo que os químicos ambientais trabalhar com a indústria CNT jovens a desenvolver métodos para evitar ou limitar indesejáveis ​​consequências ambientais.

Em seu estudo, Plata e seus colegas analisaram um processo de fabricação comum CNT conhecida como deposição de vapor químico catalítico. Neste método, os fabricantes combinam hidrogênio com um "gás de matéria-prima", tais como metano, monóxido de carbono ou de etileno. Eles, então, a combinação de calor em um reator que contém um catalisador de metal, como níquel ou de ferro, o qual forma os nanotubos de carbono. O problema é que uma vez que a forma nanotubos de carbono, compostos que não reagiu (até 97 por cento da matéria-prima inicial) são frequentemente libertados para a atmosfera.

Desligar o calor

Em uma custom-made reator escala laboratorial, os pesquisadores aquecida de hidrogênio e etileno, que é comumente usado em alto volume CNT de fabricação, e depois entregou a um catalisador de metal. Eles descobriram que mais de 40 compostos formados, incluindo gases de efeito estufa como o metano e os poluentes atmosféricos tóxicos como o benzeno.

Os investigadores suspeitaram que nem todos os compostos foram essenciais para a CNT crescendo, e eles sabiam que o aquecimento da matéria-prima o gás tem um papel crítico na criação dos compostos perigosos. Então eles combinaram de etileno sem aquecimento e hidrogênio com vários dos 40 compostos, um por um, para ver qual combinação de compostos levou ao melhor crescimento. Eles observaram que certos alcinos, ou moléculas que têm pelo menos dois átomos de carbono preso juntamente com três títulos distintos, produziu o melhor crescimento, enquanto outros compostos que são subprodutos indesejáveis, tais como metano e benzeno, não.

Plata e seus colegas realizaram sua redução drástica no nível de emissões nocivas e consumo de energia em temperatura ambiente impinging alcinos, de etileno e de hidrogênio, diretamente sobre o catalisador de metal, sem calor. Eles também souberam que eles poderiam reduzir a quantidade de etileno e de hidrogênio usado por cerca de 20 e 40 por cento, respectivamente, e ainda conseguir a mesma taxa de crescimento e qualidade CNT. Plata diz que, embora os resultados de experimentos de laboratório são difíceis de generalizar, em um mercado que deve chegar a vários bilhões de dólares dentro de alguns anos, essas mudanças pode se traduzir em "significativas economias de custo" para os fabricantes.

Reação da indústria

Embora seja cedo demais para os fabricantes a adotar o método apresentado no documento, David Lashmore, vice-presidente e diretor de tecnologia da Technologies Nanocomp Concord, NH-base, diz que o método é algo que a sua empresa está disposta a tentar, uma vez que procura formas de minimizar os efeitos ambientais do seu processo de produção. "Isso é de grande interesse para nós e poderia ter um amplo impacto na economia nosso processo", diz ele.

Plata aponta que o estudo do MIT analisou apenas um dos gases diversas matérias-primas usadas para fazer os nanotubos de carbono, e que a mesma análise precisa ser feito para os outros. Mas para ela própria parte, ela está se concentrando agora em como os nanotubos de carbono forma, tentar determinar a interação precisa do catalisador de metal e os hidrocarbonetos neste processo. Sabendo o papel do catalisador poderia ajudar os pesquisadores a manipular átomo de nanotubos de carbono "formação por átomo - com muito mais precisão do que eles podem agora, diz ela.

O estudo foi financiado pelo Instituto Oceanográfico Woods Hole, o Arunas e Pam Chesonis Ignition Grant via a Terra MIT Systems Initiative eo MIT Martin Society of Fellows para a Sustentabilidade, o Programa de Nanofabricação da National Science Foundation, da Lockheed Martin Nanosystems e da Universidade de Michigan Departamento de Engenharia Mecânica e Faculdade de Engenharia.

Fonte: http://web.mit.edu/

Last Update: 3. October 2011 08:55

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