À l'aide d'une feuille de cuivre, des récipients en verre et un four à micro-ondes ménager classique, Des chercheurs de l'Université du Wyoming ont démontré que la poudre de charbon pulvérisée peut être convertie en nano-graphite de plus grande valeur.

La découverte est un autre pas en avant dans l'effort pour trouver des utilisations alternatives pour le charbon du bassin de Powder River du Wyoming, à un moment où la demande de charbon pour produire de l'électricité diminue en raison des préoccupations concernant le changement climatique.

Dans un article publié dans la revue Nano-Structures &Nano-Objets , les chercheurs de l'UW rapportent qu'ils ont créé un environnement dans un four à micro-ondes pour réussir à convertir la poudre de charbon brut en nano-graphite, qui est utilisé comme lubrifiant et dans des articles allant des extincteurs aux batteries lithium-ion. Cette "méthode en une étape avec traitement par micro-ondes assisté par métal" est une nouvelle approche qui pourrait représenter une technologie de conversion du charbon simple et relativement peu coûteuse.

"Cette méthode offre une nouvelle voie pour convertir des sources de carbone abondantes en matériaux de haute valeur avec des avantages écologiques et économiques, " a écrit l'équipe de recherche, dirigé par le professeur agrégé TeYu Chien, au département de physique et d'astronomie de l'UW.

Les autres personnes impliquées dans le projet étaient le professeur Jinke Tang, au Département de physique et d'astronomie; Professeur agrégé Brian Leonard, au Département de chimie; Professeur Maohong Fan, au Département de génie pétrolier et à l'École des ressources énergétiques; étudiants diplômés Rabindra Dulal, du Népal, Joann Hilman, de Laramie, Wyo., Chris Masi, de Syracuse, NEW YORK., et Teneil Schumacher, de Buffle, Wyo.; et les chercheurs postdoctoraux Gaurab Rimal, du Népal, et Bang Xu, de Chine.

Alors que des recherches antérieures ont montré que les micro-ondes peuvent être utilisées pour réduire la teneur en humidité du charbon et éliminer le soufre et d'autres minéraux, la plupart de ces méthodes nécessitent un prétraitement chimique spécifique du charbon. Dans leur expérience, les chercheurs de l'UW ont simplement réduit en poudre le charbon brut du Powder River Basin.

Cette poudre a ensuite été placée sur une feuille de cuivre et scellée dans des récipients en verre avec un mélange gazeux d'argon et d'hydrogène, avant d'être placé dans un four à micro-ondes. Un four à micro-ondes conventionnel a été choisi pour des raisons de commodité et parce qu'il fournissait les niveaux de rayonnement souhaités.

"En coupant la feuille de cuivre en forme de fourchette, les étincelles ont été induites par le rayonnement micro-ondes, générant une température extrêmement élevée de plus de 1, 800 degrés Fahrenheit en quelques secondes, " dit Masi, auteur principal de l'article. "C'est pourquoi vous ne devriez pas placer une fourchette en métal à l'intérieur d'un four à micro-ondes."

Les étincelles provoquées par les micro-ondes ont généré les températures élevées nécessaires pour transformer la poudre de charbon en graphite polycristallin, avec la feuille de cuivre et l'hydrogène gazeux contribuant également au processus.

Alors que l'expérience comprenait des durées de micro-ondes allant de 3 à 45 minutes, la durée optimale s'est avérée être de 15 minutes.

Les chercheurs affirment que cette nouvelle méthode de conversion du charbon pourrait être affinée et réalisée à plus grande échelle pour produire à la fois une qualité et une quantité supérieures de nano-graphite.

« Les réserves de graphite finies et les préoccupations environnementales concernant les procédures d'extraction du graphite font de cette méthode de conversion du charbon en graphite une excellente source alternative de production de graphite, " ont écrit les scientifiques.