Forskere forvandler kulpulver til grafit i mikrobølgeovn

Ved hjælp af kobberfolie, glasbeholdere og en konventionel husholdningsmikrobølgeovn, University of Wyoming forskere har påvist, at pulveriseret kulpulver kan omdannes til højere værdi nano-grafit.

Opdagelsen er endnu et skridt fremad i bestræbelserne på at finde alternative anvendelser for Wyomings Powder River Basin-kul, på et tidspunkt, hvor efterspørgslen efter kul til at producere elektricitet er faldende på grund af bekymringer om klimaændringer.

I et papir offentliggjort i tidsskriftet Nano-strukturer og nanoobjekter , UW-forskerne rapporterer, at de skabte et miljø i en mikrobølgeovn for at kunne omdanne råkulpulver til nanografit, som bruges som smøremiddel og i emner lige fra ildslukkere til lithium-ion-batterier. Denne "et-trins metode med metalstøttet mikrobølgebehandling" er en ny tilgang, der kunne repræsentere en enkel og relativt billig kulkonverteringsteknologi.

"Denne metode giver en ny vej til at omdanne rigelige kulstofkilder til materialer af høj værdi med økologiske og økonomiske fordele, " skrev forskerholdet, ledet af lektor TeYu Chien, i UW's Institut for Fysik og Astronomi.

Andre involverede i projektet var professor Jinke Tang, i Institut for Fysik og Astronomi; Lektor Brian Leonard, i Kemisk Institut; Professor Maohong Fan, i Institut for Petroleumsteknik og Skolen for Energiressourcer; kandidatstuderende Rabindra Dulal, af Nepal, Joann Hilman, af Laramie, Wyo., Chris Masi, af Syracuse, N.Y., og Teneil Schumacher, af Buffalo, Wyo.; og postdoktorale forskere Gaurab Rimal, af Nepal, og Bang Xu, af Kina.

Mens tidligere forskning har vist, at mikrobølger kan bruges til at reducere fugtindholdet i kul og fjerne svovl og andre mineraler, de fleste sådanne metoder kræver specifik kemisk forbehandling af kullet. I deres eksperiment, UW-forskerne malede simpelthen rå Powder River Basin-kul til pulver.

Dette pulver blev derefter placeret på kobberfolie og forseglet i glasbeholdere med en gasblanding af argon og brint, før de placeres i en mikrobølgeovn. En konventionel mikrobølgeovn blev valgt på grund af bekvemmelighed og fordi den gav de ønskede strålingsniveauer.

"Ved at skære kobberfolien i en gaffelform, gnisterne blev induceret af mikrobølgestråling, genererer en ekstrem høj temperatur på mere end 1, 800 grader Fahrenheit inden for et par sekunder, " siger Masi, hovedforfatter af papiret. "Det er derfor, du ikke bør placere en metalgaffel inde i en mikrobølgeovn."

Gnisterne forårsaget af mikrobølgerne genererede de høje temperaturer, der var nødvendige for at omdanne kulpulveret til polykrystallinsk grafit, hvor kobberfolien og brintgas også bidrager til processen.

Mens eksperimentet inkluderede mikrobølgevarigheder fra 3 til 45 minutter, den optimale varighed blev fundet til at være 15 minutter.

Forskerne siger, at denne nye metode til kulkonvertering kunne raffineres og udføres i større skala for at give både en højere kvalitet og kvantitet af nanografitmaterialer.

"Endelige grafitreserver og miljøhensyn til grafitudvindingsprocedurerne gør denne metode til at omdanne kul til grafit til en fantastisk alternativ kilde til grafitproduktion, " skrev forskerne.