Vergeet het laboratorium, stoffen die milieuproblemen kunnen oplossen door koolstofdioxide op te vangen, het ontsmetten van water en het opruimen van verontreinigende stoffen kan eenvoudig worden gecreëerd in een keuken, blijkt uit een UNSW Sydney-studie.

In een artikel dat vandaag is gepubliceerd in Natuurcommunicatie , Chemische ingenieurs van UNSW wierpen een licht op de mysterieuze wereld van vloeibare metalen en hun rol als katalysatoren om chemische processen te versnellen met weinig energie.

Professor Kourosh Kalantar-Zadeh van UNSW's School of Chemical Engineering zegt dat "iedereen met een shaker en een kookplaat thuis in de keuken katalysatoren kan maken die kunnen worden gebruikt voor CO ₂ conversie, reinigingswater en andere verontreinigende stoffen.

"Ze kunnen dit doen door een combinatie van vloeibare metalen zoals gallium, indium, bismut en tin in legeringen die kunnen worden gesmolten onder 300oC op een kookplaat of in een oven."

Professor Kalantar-Zadeh en collega Dr. Jianbo Tang toonden aan dat door verhitting van een legering van bismut en tin, het metaal smolt op een veel lager punt dan wanneer je elk metaal afzonderlijk zou verwarmen. Stoffen die zich zo gedragen, worden eutectisch genoemd.

"Eutectic legeringen zijn de mengsels van metalen die het laagste smeltpunt produceren bij een bepaalde combinatie, " zegt dr. Tang.

"Bijvoorbeeld, als we bismut combineren op 57% en tin op 43% smelten ze bij 139oC. Maar zelf, zowel bismut als tin hebben smeltpunten boven 200oC."

Professor Kalantar-Zadeh zegt dat de specifieke mengverhouding van eutectische stoffen de maximale natuurlijke chaos op nanoniveau produceert. wat op zijn beurt het smeltpunt naar beneden brengt. Het proces kan ook andersom werken. Eutectische metaalstoffen die al in vloeibare vorm zijn, kunnen stollen bij een enkele temperatuur onder het gebruikelijke vriespunt van elk metaal.

"Deze maximale chaos helpt, als we de vloeibare metalen laten stollen, om van nature zoveel defecten in het materiaal te veroorzaken dat de 'katalytische' activiteit aanzienlijk wordt verbeterd, " zegt professor Kalantar-Zadeh.

Hoe maak je een vloeibare metaalkatalysator?

Ingrediënten:een eutectische legering, water

1. Neem je eutectische metaallegering en plaats deze in een pan op een hoog vuur.
2. Als het metaal smelt, giet het voorzichtig in een fles water en draai de dop vast.
3. Schud het vloeibare metaal en water samen om druppeltjes vloeibaar metaal in water te produceren. Het zal vergelijkbaar zijn met het schudden van olie en azijn om druppeltjes olie in de azijn te produceren.
4. Laat de druppels stollen tot een poeder. Dit kan nu worden gebruikt als katalysator voor de elektrochemische omzetting van CO ₂ .

Vloeibare metalen en het milieu

Vloeibare metaallegeringen kunnen worden gebruikt om verontreinigende stoffen in het milieu te verwijderen of te neutraliseren en om de koolstof in CO . op te vangen ₂ uitstoot. Blik, gallium en bismut kunnen in vloeibare vorm worden gebruikt als elektroden om koolstofdioxide om te zetten in bruikbare bijproducten. Een andere milieutoepassing is dat na verhitting van de vloeibare metalen tot oxiden, de stoffen kunnen ook worden gebruikt om energie uit licht te absorberen, waardoor ze verontreinigingen in het water kunnen afbreken.

Wat vloeibare metalen een aantrekkelijke optie maakt bij het oplossen van milieuproblemen, is dat ze goedkoop kunnen worden geproduceerd met weinig energie en in een low-tech omgeving.

"Metalen zoals tin en bismut zijn voor veel mensen over de hele wereld toegankelijk, " zegt professor Kalantar-Zadeh.

"Mensen zouden eens moeten bedenken hoe gemakkelijk, goedkoop en met zo weinig behoefte aan geavanceerde technologie dat ze kunnen worden verwerkt en omgezet in bruikbare materialen zoals katalysatoren.

"Aanvullend, spelen met vloeibare metalen is leuk. Hoewel het beroemdste vloeibare metaal - kwik - bekend staat als gevaarlijk, een vloeibaar metaal zoals gallium is volledig niet giftig, en smeltbaar bij of nabij kamertemperatuur, waar we het kunnen gebruiken om het ene materiaal in het andere te transformeren met zeer lage input-energieën. Vloeibare metalen kunnen veel problemen oplossen waar wij als mensen tegenwoordig mee worstelen."