Använda kopparfolie, glasbehållare och en konventionell hushållsmikrovågsugn, University of Wyoming forskare har visat att pulveriserat kolpulver kan omvandlas till högre värde nanografit.

Upptäckten är ytterligare ett steg framåt i strävan att hitta alternativa användningsområden för Wyomings Powder River Basin-kol, i en tid då efterfrågan på kol för att generera el minskar på grund av oro för klimatförändringarna.

I en artikel publicerad i tidskriften Nano-strukturer och nanoobjekt , UW-forskarna rapporterar att de skapade en miljö i en mikrovågsugn för att framgångsrikt omvandla råkolpulver till nanografit, som används som smörjmedel och i allt från brandsläckare till litiumjonbatterier. Denna "enstegsmetod med metallassisterad mikrovågsbehandling" är ett nytt tillvägagångssätt som skulle kunna representera en enkel och relativt billig teknik för kolkonvertering.

"Denna metod ger en ny väg att omvandla rikliga kolkällor till högvärdiga material med ekologiska och ekonomiska fördelar, " skrev forskargruppen, leds av docent TeYu Chien, vid UW:s institution för fysik och astronomi.

Andra involverade i projektet var professor Jinke Tang, vid institutionen för fysik och astronomi; Docent Brian Leonard, vid Institutionen för kemi; Professor Maohong Fan, vid Institutionen för petroleumteknik och School of Energy Resources; doktorander Rabindra Dulal, av Nepal, Joann Hilman, av Laramie, Wyo., Chris Masi, av Syracuse, N.Y., och Teneil Schumacher, av Buffalo, Wyo.; och postdoktorala forskare Gaurab Rimal, av Nepal, och Bang Xu, av Kina.

Medan tidigare forskning har visat att mikrovågor kan användas för att minska fukthalten i kol och ta bort svavel och andra mineraler, de flesta sådana metoder kräver specifik kemisk förbehandling av kolet. I deras experiment, UW-forskarna malde helt enkelt råt kol från Powder River Basin till pulver.

Det pulvret placerades sedan på kopparfolie och förseglades i glasbehållare med en gasblandning av argon och väte, innan den placeras i en mikrovågsugn. En konventionell mikrovågsugn valdes på grund av bekvämligheten och för att den gav de önskade strålningsnivåerna.

"Genom att skära kopparfolien till en gaffelform, gnistorna inducerades av mikrovågsstrålningen, genererar en extremt hög temperatur på mer än 1, 800 grader Fahrenheit inom några sekunder, säger Masi, huvudförfattare till tidningen. "Det är därför du inte bör placera en metallgaffel inuti en mikrovågsugn."

Gnistorna som orsakades av mikrovågorna genererade de höga temperaturer som var nödvändiga för att omvandla kolpulvret till polykristallin grafit, med kopparfolien och vätgas som också bidrar till processen.

Även om experimentet inkluderade mikrovågslängder från 3 till 45 minuter, den optimala varaktigheten visade sig vara 15 minuter.

Forskarna säger att denna nya metod för kolomvandling skulle kunna förfinas och utföras i större skala för att ge både en högre kvalitet och kvantitet av nanografitmaterial.

"Ändliga grafitreserver och miljöhänsyn för grafitutvinningsprocedurerna gör denna metod att omvandla kol till grafit till en utmärkt alternativ källa för grafitproduktion, " skrev forskarna.