研究人员将煤粉在微波炉中转化为有价值的纳米石墨

在怀俄明大学研究人员进行的一项实验中，在微波炉中，在装有煤粉和铜箔的玻璃小瓶内会产生火花。他们成功地将煤粉转化为纳米石墨，证明了一种新颖且廉价的煤转化技术。

怀俄明大学的研究人员使用铜箔，玻璃容器和传统的家用微波炉，证明了煤粉可以转化为高价值的纳米石墨。

这一发现是为怀俄明州的粉河盆地煤炭寻找替代用途的努力的又一个进步。在这种情况下，由于对气候变化的担忧，煤炭发电的需求正在下降。

在《纳米结构与纳米物体》杂志上发表的一篇论文中，威斯康星大学的研究人员报告说，他们在微波炉中创造了一种环境，可以成功地将原煤粉转化为纳米石墨，用作润滑剂，其用途包括锂离子电池的灭火器。这种“金属辅助微波处理的一步法”是一种新方法，可以代表一种简单且相对便宜的煤炭转化技术。

西澳大学物理与天文学系副教授TeYu Chien领导的研究小组写道：“这种方法提供了一种将丰富的碳源转化为具有生态和经济效益的高价值材料的新途径。”

参与该项目的其他人是物理与天文学系的唐金科教授。化学系副教授布莱恩·伦纳德（Brian Leonard）；范茂宏教授，石油工程系和能源学院尼泊尔的拉宾德拉·杜拉勒（Rabindra Dulal），拉勒米（Laramie）的乔安·希尔曼（Joann Hilman），纽约州锡拉丘兹（Syracuse）的克里斯·马西（Chris Masi）和布法罗（Buffalo）的特尼尔·舒马赫（Teneil Schumacher）；尼泊尔的博士后研究人员Gaurab Rimal和中国的Bang Xu。

尽管先前的研究表明，微波可用于降低煤的水分含量并去除硫和其他矿物质，但大多数此类方法都需要对煤进行特定的化学预处理。在他们的实验中，威斯康星大学的研究人员只是将未加工的粉末河盆地的煤炭研磨成粉末。

然后将该粉末放在铜箔上，并用氩气和氢气的混合气体密封在玻璃容器中，然后再放入微波炉中。选择传统的微波炉是因为方便并且提供了所需的辐射水平。

该论文的主要作者马西说：“通过将铜箔切成叉形，火花是由微波辐射引起的，在几秒钟内产生了超过华氏1800度的极高温度。”“这就是为什么您不应该将金属叉子放在微波炉内的原因。”

微波产生的火花产生了将煤粉转变为多晶石墨所必需的高温，铜箔和氢气也对该过程有所贡献。

虽然实验包括3到45分钟不等的微波持续时间，但发现最佳持续时间为15分钟。

研究人员说，这种新的煤炭转化方法可以改进和大规模应用，以生产出更高质量和数量的纳米石墨材料。

科学家写道：“有限的石墨储量和对石墨提取程序的环境关注使这种将煤转化为石墨的方法成为石墨生产的重要替代来源。”

参考：Christoffer A. Masi，Teneil A. Schumacher，Joann Hilman，Rabindra Dulal，Gaurab Rimal，Bang Xu，Brian Leonard，Jinke Tang，Maohong Fan和TeYu撰写的“通过金属辅助微波处理将原煤粉转化为多晶纳米石墨” Chien，2021年1月5日，纳米结构与纳米物体。
10.1016 / j.nanoso.2020.100660