Met behulp van koperfolie, glazen containers en een conventionele huishoudelijke magnetron, Onderzoekers van de University of Wyoming hebben aangetoond dat verpulverd steenkoolpoeder kan worden omgezet in hoogwaardig nanografiet.

De ontdekking is een nieuwe stap voorwaarts in de poging om alternatieve toepassingen te vinden voor Wyoming's Powder River Basin steenkool, in een tijd waarin de vraag naar kolen voor de opwekking van elektriciteit afneemt als gevolg van zorgen over klimaatverandering.

In een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Nano-structuren en nano-objecten , de UW-onderzoekers melden dat ze een omgeving in een magnetron hebben gecreëerd om met succes ruw steenkoolpoeder om te zetten in nanografiet, dat wordt gebruikt als smeermiddel en in artikelen variërend van brandblussers tot lithium-ionbatterijen. Deze "eenstapsmethode met metaalondersteunde microgolfbehandeling" is een nieuwe benadering die een eenvoudige en relatief goedkope steenkoolconversietechnologie zou kunnen zijn.

"Deze methode biedt een nieuwe route om overvloedige koolstofbronnen om te zetten in hoogwaardige materialen met ecologische en economische voordelen, " schreef het onderzoeksteam, onder leiding van universitair hoofddocent TeYu Chien, in de afdeling Natuur- en Sterrenkunde van UW.

Andere betrokkenen bij het project waren professor Jinke Tang, bij de afdeling Natuur- en Sterrenkunde; Universitair hoofddocent Brian Leonard, bij de afdeling Chemie; Professor Maohong Fan, bij de afdeling Petroleum Engineering en de School of Energy Resources; afgestudeerde studenten Rabindra Dulal, van Nepal, Johanna Hilman, van Laramie, Wyo., Chris Masi, van Syracuse, NY, en Teneil Schumacher, van Buffel, Wyo.; en postdoctoraal onderzoekers Gaurab Rimal, van Nepal, en Bang Xu, van China.

Hoewel eerder onderzoek heeft aangetoond dat microgolven kunnen worden gebruikt om het vochtgehalte van steenkool te verminderen en zwavel en andere mineralen te verwijderen, de meeste van dergelijke methoden vereisen een specifieke chemische voorbehandeling van de steenkool. In hun experiment hebben de UW-onderzoekers vermalen simpelweg ruwe Powder River Basin-kool tot poeder.

Dat poeder werd vervolgens op koperfolie geplaatst en verzegeld in glazen containers met een gasmengsel van argon en waterstof, voordat het in een magnetron wordt geplaatst. Er is gekozen voor een conventionele magnetron vanwege het gemak en omdat deze de gewenste stralingsniveaus geeft.

"Door de koperfolie in een vorkvorm te snijden, de vonken werden veroorzaakt door de microgolfstraling, genereren van een extreem hoge temperatuur van meer dan 1, 800 graden Fahrenheit binnen een paar seconden, " zegt Masi, hoofdauteur van het artikel. "Dit is de reden waarom je geen metalen vork in een magnetron moet plaatsen."

De door de microgolven veroorzaakte vonken zorgden voor de hoge temperaturen die nodig waren om het steenkoolpoeder om te zetten in polykristallijn grafiet, waarbij de koperfolie en waterstofgas ook bijdragen aan het proces.

Hoewel het experiment een magnetronduur van 3 tot 45 minuten omvatte, de optimale duur bleek 15 minuten te zijn.

De onderzoekers zeggen dat deze nieuwe methode van steenkoolconversie kan worden verfijnd en op grotere schaal kan worden uitgevoerd om zowel een hogere kwaliteit als een hogere kwantiteit van nanografietmaterialen op te leveren.

"De eindige grafietreserves en de zorg voor het milieu voor de grafietextractieprocedures maken deze methode om steenkool om te zetten in grafiet tot een geweldige alternatieve bron van grafietproductie, ’ schreven de wetenschappers.