Los investigadores convierten el polvo de carbón en grafito en el horno de microondas

Utilizando lámina de cobre, recipientes de vidrio y un horno microondas doméstico convencional, los investigadores de la Universidad de Wyoming han demostrado que el polvo de carbón pulverizado puede convertirse en nanografito de mayor valor.

El descubrimiento es otro paso adelante en el esfuerzo por encontrar usos alternativos para el carbón de la Cuenca del Río Polvo de Wyoming, en un momento en que la demanda de carbón para generar electricidad está disminuyendo debido a las preocupaciones sobre el cambio climático.

En un artículo publicado en la revista Nano-Structures & Nano-Objects, los investigadores de la UW informan que crearon un ambiente en un horno microondas para convertir con éxito el polvo de carbón crudo en nano-grafito, que se utiliza como lubricante y en artículos que van desde extintores de incendios hasta baterías de iones de litio. Este "método de un solo paso con tratamiento de microondas asistido por metal" es un nuevo enfoque que podría representar una tecnología de conversión de carbón simple y relativamente barata.

"Este método proporciona una nueva ruta para convertir las abundantes fuentes de carbono en materiales de alto valor con beneficios ecológicos y económicos", escribió el equipo de investigación, dirigido por el Profesor Asociado TeYu Chien, del Departamento de Física y Astronomía de la UW.

Otros participantes en el proyecto fueron el profesor Jinke Tang, del Departamento de Física y Astronomía; el profesor adjunto Brian Leonard, del Departamento de Química; el profesor Maohong Fan, del Departamento de Ingeniería Petrolera y de la Escuela de Recursos Energéticos; los estudiantes graduados Rabindra Dulal, de Nepal, Joann Hilman, de Laramie, Wyo.., Chris Masi, de Siracusa (Nueva York), y Teneil Schumacher, de Buffalo (Wyo); y los investigadores postdoctorales Gaurab Rimal, de Nepal, y Bang Xu, de China.

Si bien las investigaciones anteriores han demostrado que las microondas pueden utilizarse para reducir el contenido de humedad del carbón y eliminar el azufre y otros minerales, la mayoría de esos métodos requieren un pretratamiento químico específico del carbón. En su experimento, los investigadores de la UW simplemente molieron el carbón crudo de Powder River Basin en polvo.

Ese polvo se colocaba luego en una lámina de cobre y se sellaba en recipientes de vidrio con una mezcla de gas de argón e hidrógeno, antes de colocarlo en un horno microondas. Se eligió un horno de microondas convencional por comodidad y porque proporcionaba los niveles de radiación deseados.

"Al cortar la lámina de cobre en forma de horquilla, las chispas fueron inducidas por la radiación de microondas, generando una temperatura extremadamente alta de más de 1.800 grados Fahrenheit en pocos segundos", dice Masi, autor principal del documento. "Por eso no deberías colocar un tenedor de metal dentro de un horno de microondas".

Las chispas causadas por las microondas generaron las altas temperaturas necesarias para transformar el polvo de carbón en grafito policristalino, con la lámina de cobre y el gas de hidrógeno también contribuyendo al proceso.

Aunque el experimento incluyó duraciones de microondas que iban de 3 a 45 minutos, se encontró que la duración óptima era de 15 minutos.

Los investigadores dicen que este nuevo método de conversión del carbón podría ser refinado y realizado a mayor escala para producir tanto una mayor calidad como cantidad de materiales de nano-grafito.

"Las reservas finitas de grafito y las preocupaciones medioambientales para los procedimientos de extracción de grafito hacen de este método de conversión de carbón en grafito una gran fuente alternativa de producción de grafito", escribieron los científicos.