Utilizzando fogli di rame, contenitori di vetro e un forno a microonde domestico convenzionale, i ricercatori dell’Università del Wyoming hanno dimostrato che la polvere di carbone polverizzata può essere convertita in nanografite di valore superiore.
Tutti i dettagli sulla scoperta
La scoperta è un altro passo avanti nello sforzo di trovare usi alternativi per il carbone del bacino del fiume Powder del Wyoming, in un momento in cui la domanda di carbone per generare elettricità è in calo a causa delle preoccupazioni per il cambiamento climatico.
In un articolo pubblicato sulla rivista Nano-Structures & Nano-Objects, i ricercatori dell’UW riferiscono di aver creato un ambiente in un forno a microonde per convertire con successo la polvere di carbone grezzo in nano-grafite, che viene utilizzata come lubrificante e in articoli che vanno da estintori a batterie agli ioni di litio.
Questo “metodo in una sola fase con trattamento a microonde assistito da metalli” è un nuovo approccio che potrebbe rappresentare una tecnologia di conversione del carbone semplice e relativamente poco costosa.
“Questo metodo fornisce un nuovo percorso per convertire abbondanti fonti di carbonio in materiali di alto valore con vantaggi ecologici ed economici”, ha scritto il team di ricerca, guidato dal Professore Associato TeYu Chien, del Dipartimento di Fisica e Astronomia di UW.
Altri coinvolti nel progetto erano il Professor Jinke Tang, del Dipartimento di Fisica e Astronomia; Professore Associato Brian Leonard, presso il Dipartimento di Chimica; Il professor Maohong Fan, presso il Dipartimento di ingegneria petrolifera e la School of Energy Resources; gli studenti laureati Rabindra Dulal, del Nepal, Joann Hilman, di Laramie, Chris Masi, di Syracuse, NY, e Teneil Schumacher, di Buffalo; e i ricercatori post-dottorato Gaurab Rimal, del Nepal, e Bang Xu, della Cina.
Mentre ricerche precedenti hanno dimostrato che le microonde possono essere utilizzate per ridurre il contenuto di umidità del carbone e rimuovere lo zolfo e altri minerali, la maggior parte di questi metodi richiede un pretrattamento chimico specifico del carbone. Nel loro esperimento, i ricercatori dell’UW hanno semplicemente macinato il carbone grezzo del Powder River Basin in polvere.
Quella polvere è stata quindi posta su un foglio di rame e sigillata in contenitori di vetro con una miscela di gas di argon e idrogeno, prima di essere posta in un forno a microonde. È stato scelto un forno a microonde convenzionale per comodità e perché forniva i livelli di radiazione desiderati.
“Tagliando la lamina di rame in una forma a forcella, le scintille sono state indotte dalla radiazione a microonde, generando una temperatura estremamente alta di oltre 1.800 gradi Fahrenheit in pochi secondi”, afferma Masi, autore principale dell’articolo. “Questo è il motivo per cui non dovresti mettere una forchetta di metallo all’interno di un forno a microonde.”
Le scintille provocate dalle microonde hanno generato le alte temperature necessarie per trasformare la polvere di carbone in grafite policristallina, con la lamina di rame e l’idrogeno gassoso che contribuiscono anche al processo.
Sebbene l’esperimento includesse durate del microonde comprese tra 3 e 45 minuti, la durata ottimale è risultata essere di 15 minuti.
I ricercatori affermano che questo nuovo metodo di conversione del carbone potrebbe essere perfezionato ed eseguito su scala più ampia per produrre sia una maggiore qualità che una quantità di materiali nano-grafite.
“Le riserve finite di grafite e le preoccupazioni ambientali per le procedure di estrazione della grafite rendono questo metodo di conversione del carbone in grafite una grande fonte alternativa di produzione di grafite”, hanno scritto gli scienziati.
Riferimento: “Conversione di polvere di carbone grezzo in nano-grafite policristallina mediante trattamento a microonde assistito da metalli” di Christoffer A. Masi, Teneil A. Schumacher, Joann Hilman, Rabindra Dulal, Gaurab Rimal, Bang Xu, Brian Leonard, Jinke Tang, Maohong Fan e TeYu Chien, 5 gennaio 2021, Nano-Structures & Nano-Objects.
