پژوهشگران در موسسه فناوری ماساچوست با حذف یک مرحله در فرآیند معمول تولید نانولوله‌های کربنی (مرحله‌ای که شامل گرم‌کردن منبع کربنی می‌باشد)، توانسته‌اند انتشار محصولات جانبی مضر را تا ده برابر و در بعضی از حالت‌ها تا صد برابر کاهش دهند. این روش همچنین مصرف انرژی را به نصف کاهش می‌دهد.
یک راه سبز برای رشد نانولوله‌های کربنی
پژوهشگران در موسسه فناوری ماساچوست با حذف
یک مرحله در فرآیند معمول تولید نانولوله‌های کربنی (مرحله‌ای که شامل گرم‌کردن
منبع کربنی می‌باشد)، توانسته‌اند انتشار محصولات جانبی مضر را تا ده برابر
و در بعضی از حالت‌ها تا صد برابر کاهش دهند. این روش همچنین مصرف انرژی را
به نصف کاهش می‌دهد.
این پژوهشگران در مطالعه خود فرآیند معمول رشد نانولوله‌های کربنی معروف به
ترسیب بخار شیمیایی کاتالیستی (CCVD) را مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند. در
این روش، هیدروژن با یک خوراک گازی از قبیل نیکل یا آهن، گرم می‌شود و در
نتیجه نانولوله‌های کربنی روی این ذرات کاتالیستی تشکیل می‌شوند. مشکل این
است که به محض تشکیل نانولوله‌های کربنی، ترکیبات واکنش نداده (بالای ۹۷
درصد خوراک اولیه) اغلب در هوا رها می‌شوند.
این پژوهشگران در یک راکتور مقیاس
آزمایشگاهی ساخته شده توسط خودشان، هیدروژن و اتیلن که معمولاً در تولید
نانولوله‌ها در حجم بالا استفاده می‌شوند، را گرم کردند و سپس آن را از روی
یک کاتالیست فلزی عبور دادند. آنها متوجه شدند که بیش از ۴۰ ترکیب تشکیل می‌شود
که شامل گازهای گلخانه‌ای مانند متان و آلاینده‌های سمی هوا مانند بنزن می‌باشند.
این پژوهشگران حدس زدند که همه این ترکیبات برای رشد نانولوله‌های کربنی
ضروری نباشند و متوجه شدند که گرم کردن خوراک (منبع کربنی) نقش اساسی در
ایجاد این ترکیبات خطرناک بازی می‌کند. بنابراین آنها برای دیدن اینکه
ترکیب کدام مواد منجر به بهترین رشد می‌شود، اتیلن و هیدروژن گرم نشده را
با این ۴۰ ترکیب (یک به یک ) مخلوط کردند. این پژوهشگران مشاهده کردند که
آلکین‌های معینی، یا مولکول‌هایی که حداقل دو اتم کربن دارند که با سه
پیوند مجزا بهم متصل می‌باشند، منجر به بهترین رشد می‌شوند و محصولات جانبی
ناخواسته‌ای مانند متان و بنزن تولید نمی‌کنند.
این پژوهشگران با ترکیب آلکین‌ها با اتیلن و هیدروژن در دمای اتاق و عبور
مستقیم این مخلوط گازی از روی کاتالیست فلزی بدون گرم‌کردن، هم انتشار
گازهای مضر را به شدت کاهش دادند و هم مصرف انرژی را کم کردند. آنها همچنین
متوجه شدند که می‌توانند مقادیر اتیلن و هیدروژن مصرفی را به ترتیب حدود ۲۰
و ۴۰ درصد کاهش دهند، و هنوز به همان سرعت و کیفیت رشد نانولوله‌های کربنی
برسند.
نتایج این پژوهشگران در مجله‌ی ACS Nano منتشر شده است.
