Akceptuję
W ramach naszej witryny stosujemy pliki cookies w celu świadczenia państwu usług na najwyższym poziomie, w tym w sposób dostosowany do indywidualnych potrzeb. Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień dotyczących cookies oznacza, że będą one zamieszczone w Państwa urządzeniu końcowym. Możecie Państwo dokonać w każdym czasie zmiany ustawień dotyczących cookies. Więcej szczegółów w naszej Polityce Prywatności

Zamknij X

Naukowy styl życia

Nauka i biznes

Strona główna Informacje

Nanomateriały z wybuchów wulkanu

Popyt na produkty rewolucji nanotechnologicznej – nanocząstki, węglowe nanorurki, fullereny, kropki kwantowe – rośnie błyskawicznie, więc duże firmy chemiczne zwiększają swoje możliwości produkcyjne. W miarę jak produkcja zmienia się z modelu laboratoryjnego w produkcję przemysłową, ceny za te wyroby maleją błyskawicznie.

Trend ten był najbardziej widoczny w przypadku nanorurek węglowych, których wartość spadła z astronomicznego poziomu: jeszcze kilka lat temu kilogram nanorurek wielowarstwowych był wart dziesiątki tysięcy dolarów; dziś cena niektórych nanorurek wielowarstwowych spadła do zaledwie kilkuset dolarów za kilogram.

W miarę postępowania tej tendencji nanomateriały stają się zwykłymi towarami; prędzej czy później tak przyziemne sprawy, jak ograniczenie dostępnych zasobów (przykład – na Ziemi jest coraz mniej indu, który razem z tlenkiem(II) cyny wchodzi w skład powłok, które są stosowane we wszystkich płaskich ekranach – ta opcja powoli staje się ślepą uliczką), koszt materiałów użytych do produkcji, ilość i koszt energii użytej w syntezie nanomateriałów staną się kluczowymi czynnikami kosztowymi i przeszkodami trudnymi do pokonania.

Niedawne zainteresowanie rozwojem paliw z biomasy (biopaliwa) jest jednym z przykładów na to, że „zasoby naturalne” są czymś więcej niż cennymi, i często ograniczonymi, zapasami takimi jak paliwa kopalne czy cenne minerały. W przypadku biopaliw, gdzie produkcja paliwa jest rywalem dla produkcji żywności, problem jest rozwiązywany przez stworzenie kolejnego. Lecz istnieją pokaźne zasoby „niepotrzebnych” zasobów naturalnych - skał i kamieni, które dosłownie leżą wszędzie, a które mogą znaleźć swoje zastosowanie w nanotechnologii.

Niemieccy badacze dali temu dowód pokazując, że naturalne nanostruktury znalezione w skałach pochodzących z lawy wulkanicznej mogą być użyte w syntezie nanomateriałów, a także w katalizie  w procesie produkcji buta-1,3-dienu i styrenu.

„Główną cechą naszej pracy jest użycie cząstek tlenków żelaza, których jest mnóstwo w minerałach, jako naturalnych katalizatorów w procesie uzyskiwania nanorurek węglowych bez wcześniejszego przetwarzania lawy oraz korzystanie z kompozytów lawo-węglowych jako katalizatorów, również bez wcześniejszego przetwarzania”, powiedział Nanowerk dr Dangsheng Su. „Pokazaliśmy dobre i stabilne rezultaty syntetycznych kompozytów w reakcjach katalitycznych. Biorąc pod uwagę fakt, że żelazo istnieje w sporej liczbie minerałów, glin, gleb, a nawet w roślinach, możemy rozpocząć nową erę, erę tańszej produkcji unieruchomionych nanorurek węglowych i poszerzyć, z powodu niższych kosztów, możliwości ich zastosowania w obszarach innych niż kataliza.”

Su, naukowiec z Fritz Haber Institute Towarzystwa Maxa Plancka w Berlinie, opublikował swoje rezultaty razem ze współpracownikami ze swojego instytutu i Laboratorium Fizyki Molekularnej Instytutu Rudjera Boskovicia w Zagrzebiu 27 sierpnia 2008 roku w internetowej edycji „Advanced Materials” (tytuł artykułu „Mount-Etna-Lava-Supported Nanocarbons for Oxidative Dehydrogenation Reactions”).

W poprzednim Nanowerk Spotlight (pt. „Lava as nanotechnology catalyst”) informowaliśmy o wcześniejszych badaniach Su i jego kolegów, które opisywały pierwsze kroki w użyciu lawy jako materiału i katalizatora w syntezie nanorurek i nanowłókien węglowych.

Ich ostatnie eksperymenty pokazały wysoką wydajność produkcji nanorurek: w skali laboratoryjnej, bez wcześniejszej obróbki chemicznej pokruszonej skały wulkanicznej, 1,05 grama nanowęgla może być unieruchomione na 0,2 grama lawy.

„Unieruchamianie nanorurek/nanowłókien na minerałach bez przygotowania katalizatora jest bardzo zachęcające, ponieważ z powodu ich luźnej formy „sadzy” nanorurki/nanowłókna nie mogą być stosowane w wielu sytuacjach, np. w katalizie czy uzdatnianiu wody pitnej”, stwierdza Su. „Pokazano, że nanorurki i nanowłókna są bardzo aktywnymi katalizatorami w reakcjach chemicznych, jednakże techniczne problemy, takie jak miejsca o podwyższonej temperaturze czy spadki ciśnienia obniżają właściwości katalityczne. Możemy tego uniknąć unieruchamiając nanowęgiel na materiale.”

Mając możliwość syntezy nanorurek węglowych i katalizatorów dla reakcji chemicznych za jednym razem i za pomocą łatwo dostępnych naturalnych katalizatorów, koszty produkcji nanorurek mogą spaść jeszcze bardziej.
Jako reakcję testową, naukowcy z Towarzystwa Maxa Plancka wybrali utleniające odwodornianie węglowodorów, tzn. wytwarzanie 1,3-butadienu z butenu i styrenu z etylobenzenu. Ta druga reakcja jest jednym z 10 największych chemicznych procesów przemysłowych na świecie.

Su stwierdza, że w przemianie butenu na 1,3-butadien, 65% butenu ulega konwersji na początku reakcji. „Ten współczynnik rośnie i stabilizuje się na poziomie 80% po około 10 godzinach. Stabilny, wyższy niż 50% współczynnik uzyskiwanego 1,3-butadienu jest uzyskiwany po okresie aktywacji. W produkcji styrenu z etylobenzenu, współczynnik konwersji etylobenzenu stabilizuje się na poziomie 30% po krótkim okresie deaktywacji na początku reakcji. Osiągamy wysoką selektywność dla styrenu większą niż 85%, co daje 25% współczynnik uzyskiwanego styrenu”.

Czysta lawa nie wykazuje szczególnej reaktywności w reakcji testowej. Naukowcy zaobserwowali, że reakcja zachodzi o wiele szybciej, kiedy jako katalizator używane są nanorurki węglowe unieruchomione na lawie (w przeciwieństwie do korzystania z luźnych nanonurek), co ilustruje   wyższość unieruchomionych nanorurek w procesie katalizy. Podobnie dzieje się w przypadku przemiany etylobenzenu w styren. Su ponadto zaznacza, że reakcja zachodzi szybciej niż przy użyciu katalizatorów dostępnych w literaturze.

Podczas kiedy była to tylko demonstracja udowadniająca koncept, wydaje się, że hybrydowe węglowe katalizatory takie jak te użyte przez naukowców z Maxa Plancka mają potencjał, aby konkurować z przemysłowo zoptymalizowanymi systemami dla testowanych reakcji; i bardziej ogólnie, te odrzucane materiały i obfite, łatwo dostępne zasoby naturalne mogą okazać się użytecznymi materiałami dla chemii, katalizy i nanotechnologii.

Źródło: www.nanonet.pl

Tagi: lab, laboratorium, laboratoria, nanorurki, nanocząstki, wulkan, minerały
Drukuj PDF
wstecz Podziel się ze znajomymi

Recenzje




Papier niemożliwy do sfałszowania
06-12-2016

Papier niemożliwy do sfałszowania

Naukowcy z Politechniki Łódzkiej opatentowali technologię, która umożliwia tworzenie papieru o strukturze będącej jednocześnie nośnikiem informacji.

znajdz nas na fcb
Informacje dnia: Ubrania chroniące przed szkodliwym działaniem UV Bioplastik ze skórek pomidorów Papier niemożliwy do sfałszowania Grafen umożliwia ewolucję ogniw słonecznych Czemu u osób starszych rany goją się wolniej? Biodegradowalne rusztowania do leczenia złamań Ubrania chroniące przed szkodliwym działaniem UV Bioplastik ze skórek pomidorów Papier niemożliwy do sfałszowania Grafen umożliwia ewolucję ogniw słonecznych Czemu u osób starszych rany goją się wolniej? Biodegradowalne rusztowania do leczenia złamań Ubrania chroniące przed szkodliwym działaniem UV Bioplastik ze skórek pomidorów Papier niemożliwy do sfałszowania Grafen umożliwia ewolucję ogniw słonecznych Czemu u osób starszych rany goją się wolniej? Biodegradowalne rusztowania do leczenia złamań

Partnerzy

GoldenLine Fundacja Kobiety Nauki Warszawskie Stowarzyszenie Biotechnologiczne (WSB) „Symbioza” Obywatele Nauki NeuroSkoki Biomantis Uni Gdansk MULTITRAIN I MULTITRAIN II Nauki przyrodnicze KOŁO INZYNIERÓW PB ICHF PAN FUNDACJA JWP NEURONAUKA BIOOPEN 2016 QDAY Mlodym Okiem Nauka w Polsce CITTRU - Centrum Innowacji, Transferu Technologii i Rozwoju Uniwersytetu Akademia PAN Chemia i Biznes Farmacom Świat Chemii Forum Akademickie Biotechnologia     Geodezja „Pomiędzy naukami – zjazd fizyków i chemików” WIMC WARSZAWA 2016 Konferencja Biomedyczna Projektor Jagielloński Instytut Lotnictwa EuroLab