Nytt sätt att Nanorör produktion för att minimera miljöpåverkan

Published on November 11, 2010 at 3:53 AM

Med tanke på deras storlek, styrka och elektriska egenskaper, kolnanorör - små, ihåliga cylindrar tillverkad av kolatomer - håll lovande för en rad tillämpningar inom elektronik, medicin och andra områden.

Trots att den industriella utvecklingen av nanorör under de senaste åren, men mycket lite är känt om hur de bildar eller miljöpåverkan av tillverkningen.

Grafisk: Christine Daniloff

Det visar sig att en process som ofta används för att tillverka kolnanorör, eller cnts kan frigöra flera hundra ton kemikalier, inklusive växthusgaser och skadliga luftföroreningar, i luften varje år. I en artikel publicerad i förra veckan på ACS Nano webbplats, forskare rapporterar att i experiment, ta bort ett steg i den processen - ett steg som omfattar uppvärmning kolbaserade gaser och lägga nyckeln reaktiva "ingredienser" - minskade utsläpp av skadliga biprodukter minst tio gånger, och i vissa fall med en faktor 100. Det skär också den mängd energi som används i processen med hälften.

"Vi kunde göra allt detta och fortfarande har goda CNT tillväxt", säger Desirée Plata, som ledde forskningen mellan 2007 och 2009 som doktorand i MIT: s gemensamma program med Woods Hole Oceanographic Institution. Nu gästande biträdande professor vid MIT: s avdelningar för flygteknik och Astronautics och bygg-och miljöteknik (CEE), har samarbetat Plata på papperet med flera MIT och University of Michigan forskare, däribland Philip Gschwend, Ford professor i Engineering i CEE, och John Hart, ett maskinteknik professor vid University of Michigan. Studien är en del av ett långsiktigt arbete för att ändra inställning till materiella utvecklingen så att miljö-kemister arbetar med den unga CNT industrin att utveckla metoder för att förhindra eller begränsa oönskade miljökonsekvenser.

I sin studie analyserade Plata och hennes kollegor ett gemensamt CNT tillverkningsprocess som kallas katalytisk kemisk förångningsdeposition. I denna metod, tillverkare kombinera vätgas med en "råvara gas", till exempel metan, kolmonoxid eller etylen. De värmer sedan kombinationen i en reaktor som innehåller en metall katalysator som nickel eller järn, som sedan bildar cnts. Problemet är att när cnts form, inte reagerat föreningar (upp till 97 procent av den ursprungliga råvaran) ofta släpps ut i luften.

Stänga av värmen

I en skräddarsydd laboratorieforskning reaktor, forskarna uppvärmda väte och eten, som ofta används i stora volymer CNT tillverkning, och sedan levereras den till en metall katalysator. De fann att mer än 40 föreningar bildas, bland annat växthusgaser som metan och miljögifter luften som bensen.

Forskarna misstänker att inte alla av dessa föreningar var viktiga för växande cnts, och de visste att uppvärmning av råvara gas spelar en avgörande roll i skapandet av farliga föreningar. Så de kombineras ouppvärmda eten och vätgas med flera av de 40 föreningar, en efter en, för att se vilken kombination av ämnen ledde till den bästa tillväxten. De observerade att vissa alkyner, eller molekyler som har minst två kolatomer sitter ihop med tre olika obligationer, producerade den bästa tillväxten, medan andra föreningar som inte är önskvärda biprodukter, som metan och bensen, gjorde det inte.

Plata och hennes kollegor utfört sina dramatiska minskning av både skadliga utsläpp och energiförbrukningen genom att inkräkta rumstemperatur alkyner, med eten och väte, direkt på metall katalysator, utan värme. De lärde sig också att de kunde minska mängden eten och väte används av cirka 20 och 40 procent, respektive, och ändå uppnå samma hastighet och kvalitet på CNT tillväxt. Plata säger att medan resultaten från labbet experiment är svåra att generalisera, på en marknad som förväntas uppgå till flera miljarder dollar inom några år, kan dessa förändringar leda till "betydande kostnadsbesparingar" för tillverkarna.

Industri reaktion

Även om det är för tidigt för tillverkarna att införa den metod som presenteras i tidningen, David Lashmore, Vice President och Chief Technology Officer på Concord, NH-baserade Nanocomp Technologies, säger att metoden är något som hans företag är villiga att prova som det ser ut efter sätt att minimera miljöeffekterna av sin produktionsprocess. "Detta är av stort intresse för oss och kan få en omfattande inverkan på vår process ekonomi", säger han.

Last Update: 1. November 2011 00:36

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