變廢為寶!科學家用二氧化碳低成本製造「黑色黃金」碳納米管

2021-01-09 前瞻網

(圖源：newstarget)

潛在的有毒的二氧化碳現在可以轉化為無價的碳納米管。

在《科學指導》(Science Direct)雜誌的一篇文章中，來自田納西州的研究人員報告說，他們發明了一種能夠從空氣中吸收二氧化碳並將其轉化為「黑色黃金」的原型裝置。

碳納米管具有超過鋼的強度和高於常用的銅的導電性能。

這些特性使它們在許多領域非常有用，如電子、環境清理和醫療保健。

然而，碳納米管很難在合適的尺寸下製造，這使得它們變得不常見，而且成本昂貴。

範德比爾特大學(Vanderbilt)的研究小組發現了一種生產超級材料的不同方法。

他們利用從空氣中提取的二氧化碳作為原材料，展示了如何以比現有方法低得多的成本製造碳納米管。

他們的技術不僅消除了二氧化碳排放的有害影響，而且還展示了如何有效利用空氣汙染，為空氣淨化過程買單。

碳納米管材料能從水中除去99%的重金屬。

此前，一套創新的過濾器被發現能去除汙染水中99%的重金屬。

這些過濾器是由賴斯大學實驗室生產的，由碳納米管材料製成，在化學環氧化石英纖維上生長。

實驗室的發現表明，過濾器能夠從被鎘、鈷、銅等重金屬汙染的水樣中吸收99%以上的金屬，還能吸收汞、鎳和鉛。

科學家稱，一克這種物質可以處理8.3萬升水，以滿足世界衛生組織(WHO)的標準。這足夠為11000人每天提供乾淨的水。

研究小組還指出，放大版的過濾器可以在一分鐘內處理多達五升水，90秒內更新。

此外，在每100克處理70升水後，過濾器能夠保持100%的容量。

研究人員補充說，一旦過濾器達到飽和，就可以用醋之類的溫和的家庭化學物質清洗，然後再利用。

二氧化碳空氣汙染可以轉化為寶貴的碳納米管。

範德比爾特機械工程系的助理教授卡裡·平特(Cary Pint)解釋說，她的研究小組使用電化學方法將二氧化碳分解成碳和氧分子。

然後，碳被收集並組裝成納米精度的碳納米管。

「這打開了能夠產生真正有價值的碳納米管產品的大門，」研究論文的共同作者之一平特(Pint)說。

「這些可以徹底改變世界。」

她在科學期刊《ACS應用材料與界面》上發表了她的研究成果。

他們的論文解釋了他們如何將收集在不鏽鋼表面的二氧化碳塗層轉化為納米顆粒，然後合成為碳納米管。

他們的方法比目前生產碳納米管所需的能量要少得多，例如碳電弧放電法和雷射法。

範德比爾特大學的學生和研究合著者安娜·道格拉斯(Anna Douglas)報告稱，商用碳納米管的價格從每公斤100多美元起。

相比之下，他們最近開發的方法可以以更低的成本生產出更高質量的超級材料，特別是因為它使用的是從空氣中提取的二氧化碳，而不是通常的來源。

新工藝確保了足夠小的納米顆粒的形成。

考慮到製造小型納米管的困難，他們的成就令人印象深刻。

德熟化過程使納米碳顆粒增大。

更大的納米顆粒意味著更大的納米管，這些納米管沒有它們的小版本有用，因此是一種浪費。

範德比爾特團隊通過設置電化學參數來降低大的納米顆粒形成的可能性，從而使德熟化的效果最小化。

這些參數鼓勵形成更小的納米顆粒，可以用來製造尺寸合適的納米管。

平特和道格拉斯共同創立了初創公司SkyNano LLC，以改進他們的碳納米管生產工藝，使其能夠大規模應用於商業用途。

使用碳納米管的潛在產品包括高效的陽極、陰極和用於電容和電池的電極、能夠去除油並淨化飲用水的吸收材料，以及用於構建人工肌肉和微型傳感器的輕質柔性材料。

平特談到他們的碳納米管生產過程時說:「我們學到的是一門科學，它為我們現在製造世界上一些最有價值的材料打開了大門，比如鑽石和單壁碳納米管，這些材料是我們從空氣中捕獲的二氧化碳。」

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