ساخت فیلتر هوا و کاتالیست بهتر با غشاء‌های نانولوله‌ای

محققان دانشگاه رایس و همکاران‌شان در فنلاند راهی برای ساخت غشاء‌های نانولوله
کربنی، توسعه داده‌اند. این غشاءها می‌توانند به‌عنوان فیلتر‌های هوای فوق‌العاده
ریز و به‌عنوان چارچوب ‌هایی برای کاتالیست‌هایی که واکنش‌های شیمیایی را تسریع می‌کنند،
کاربردهای گسترده‌ای داشته باشند. این نتایج نشان می‌دهند که چگونه چنین فیلتر‌هایی
می‌توانند ۹۹ درصد ذراتی با قطرهای کمتر از یک میکرومتر، را از هوا حذف کنند.

این گروه تحقیقاتی به رهبری روبرت واجتای، با استفاده از روش ترسیب بخار
شیمیایی (CVD) افزاره‌هایی ساخته است که در ابتدای این فرآیند شبیه به سر
دوش‌های ریز هستند. بعد ۳۰‌ دقیقه در کوره CVD، این حفره‌ها که بوسیله لیزر‌
در این قالب‌های دی‌اکسید سیلیکون ایجاد شده‌اند، با جنگلی از نانولوله‌های
کربنی پر می‌شوند. از داخل این نانولوله‌های کربنی فقط ذراتی با قطرهایی در
مقیاس نانو، می‌توانند عبور کنند.

هنگامی که این نانولوله‌ها با مواد شیمیایی کاتالیستی عامل‌دار می‌شوند،
ذرات از یک طرف این فیلتر با یک شکل وارد می‌شوند و از طرف دیگر با شکلی
دیگر خارج می‌شوند (در هنگام عبور از آنها تبدیل می‌شوند.). این فرآیند
مشابه با فرآیندی است که بوسیله مبدل‌های کاتالیستی در ماشین‌ها اتفاق می‌افتد
و در آن مونواکسیدکربن، هیدروکربن‌ها و ناکس تبدیل به مخلوط غیرسمی از دی‌اکسید
کربن، نیتروژن و آب می‌شوند.

واجتای گفت: حتی موقعی که این حفره‌ها خیلی از خود این ذرات بزرگ‌تر هستند،
این افزاره‌ می‌تواند یک فیلتر خیلی مؤثر باشد. ایده اساسی این است که شما
این جنگل نانولوله کربنی را دارید، گاز از سرتاسر آن عبور می‌کند و بدلیل
فاصله خیلی کم بین این لوله‌ها، اتم‌های گاز قبل از رسیدن به طرف دیگر، به
دیواره‌ها برخورد می‌کنند و طی این برخوردها می‌توانند تبدیل شوند.

او اضافه کرد: این برهم‌کنش بسیار قوی، در مقایسه با مواد ماکروسکوپی و حتی
بعضی از مواد میکروسکوپی، منجر به فیلتر یا پایه‌ی کاتالیستی می‌شود که
بسیار مؤثرتر از فیلتر جذب‌کننده – ذره‌ای بسیار مؤثر (HEPA) عمل می‌کند.
در حقیقت این دیسک‌های پر شده از نانولوله‌ها صد برابر بهتر از مواد
استفاده شده در فیلتر‌های HEPA، نانوذرات را از هوای آزمایشگاهی حذف کردند.

نفوذپذیری این فیلترها قویاً به چگونگی رشد نانولوله‌ها که چگالی و طول‌شان
را مشخص می‌کند، بستگی دارد. این محققان با ترسیب پالادیوم روی این
نانولوله‌ها و استفاده از آنها برای تبدیل پروپن به پروپان (یک تست محک
برای کاتالیز) توانایی این فیلتر‌ها را برای عمل به‌عنوان کاتالیست، بررسی
کردند. آنها متوجه شدند که این غشاء‌های فعال فعالیت کاتالیستی پایدار و
عالی نشان می‌دهند.

نتایج این تحقیق در مجله‌‌ی ACS Nano منتشر شده است.