美科研人员掌握“水变油”技术
时间:2017-12-08

  科学网 - 美国研究人员掌握“水转油”技术

  用于Grimes测试的设备

  钠氧钛钠水管烧伤实验

  最新一期的“自然”杂志报道了美国宾夕法尼亚州立大学Craig Grimes教授的水油实验:宾夕法尼亚大学操场内奇迹般的奇迹。研究人员将二氧化碳和水蒸气转化为纳米管,在光的作用下开始化学反应,转化为俗称的天然气甲烷。最近格里姆斯接受了记者的采访。

  1996年,美国发布了名为“连锁反应”的科幻电影,称芝加哥大学的一批科学家提出了一种全新的能源技术,可以从水中提取无尽的廉价水和环保燃料。结果,当负责这个项目的科学家打算发布消息时,一群蒙面杀手从天而降,炸毁了整个实验室。

  十三年后,只能在科幻小说中出现的水中油技术成为现实。他的发明家也是美国大学的一群科学家。宾夕法尼亚州立大学材料工程教授克雷格·格鲁姆斯(Craig Grums)和宾夕法尼亚州立大学的同事在学校的草坪上使用二氧化钛纳米管(约135纳米宽,0.1毫米长),催化水蒸气和二氧化碳,结果是高兴地得到碳氢化合物的期望的结果。

  这是一个相当困难的项目,我们研究了一年半以上,没有事先参考。格里姆斯告诉记者,虽然在他之前,科学家们已经提出使用二氧化钛纳米粒子进行催化反应,但由于催化效果不明显,科学家普遍认为这项研究没有任何价值。在这方面,格里姆斯提出了不同的看法。经过多次不成功的尝试,他发现当水蒸气和二氧化碳通过二氧化钛纳米管同时引入氮,并且另外纳米颗粒的铜和铂负载在纳米管的表面时,碳氢化合物产生的速度比之前的时间快。

  蚊子队的大成果

  有Grimes教授领导的12个研究小组。油水项目只是整个研究项目的一小部分。只有4人参与。与一般科研小组相比,该项目只能算一个蚊子队。我负责项目开发,Oomman Varghese研究员负责研究和开发,他的助理学生Thomas La Tempa是最后一名成员,是专门研究纳米管研究的Maggie Paulose。

  在开始水油研究项目之前,格兰姆斯发明了一种新的可见水分解技术,为水和油提供了基本的技术支持。 2007年7月,Grimes在“纳米快报”(Nano Letters)上写道,由自对准,垂直取向的钛铁氧化物纳米管阵列制成的薄膜可以在阳光下分解水中的氢气和氧气。

  在2008年夏天,格兰姆斯正在宾夕法尼亚州立大学进行实验。首先,他将二氧化碳和水蒸气引入钢管,用纳米管薄膜覆盖仪器后部,然后在容器顶部安装石英窗,以便太阳进入。然后,天气好的时候把封闭的仪器放在室外校园里。当阳光照射纳米管时,纳米管释放出高能载体,将水分子分解成羟基自由基和氢离子。二氧化碳分解后的氧气,一氧化碳和氢气,反应产生的甲烷和水。

  每克二氧化钛纳米管每小时产生约160ml的烃。反应速度至少比以前的UV结果快20倍。格莱姆斯指出,在反应后期,铜和铂有明显的催化作用,但由于铂价格高,如何降低铂含量以使催化效果不变,仍值得研究。

  还不能拯救人类

  在“连锁反应”中,香农杀手博士说:拿出水和油技术当然是好事,但今天社会的能源支柱就是石油!如果说变水科技宣布,所有的石油工业都会一夜之间崩溃!美国股市第二天就会崩溃!金融体系将瘫痪!整个社会都会动荡!因此,水和油技术必须冻结,直到石油枯竭才能出来。

  当被问及格兰姆斯是否担心水基技术对能源业的破坏性影响时,他的回答相当谨慎。他承认,目前催化剂的效率还很低。到目前为止,我们没有拯救人类的能力。

  不过,格里姆斯对未来的研究是乐观的。他向记者介绍了他未来的三步计划:第一步是安装纳米管传感器,使其更好地发挥光导的作用;此外,通过在纳米管表面上更均匀地沉淀铜纳米颗粒;第三,使用价格合理的太阳能电池板,使电影可以更长的照明。结合其他改进,转换率可以呈指数增长。

  格兰姆斯也指出,水和油技术提供了一个很好的方法来处理二氧化碳。我相信,如果有一个二氧化碳浓缩源,就像一个燃煤电厂,这个生产过程可以在工业上应用。

  瑞士洛桑EPIT公司的物理学家Michael Grtzel称这一结果为一项基础研究,显示纳米管可以通过改变测试使水基油更有效。科罗拉多州吉朗市国家可再生能源实验室的电子化学家约翰·特纳也表示,这是一个很好的工作,也是非常科学的。但他指出,可能有更好的处理二氧化碳的方法。现在有可能通过工业过程将二氧化碳转化成合成气,并且在相同的生产过程中将合成气转化成液态烃,而由格雷姆公司进行的实验需要依靠太阳来提供转换条件,使得二氧化碳进入碳氢化合物,它成为间歇式生产过程。

  Nature的网站报道原创(英文)

  Nano Express 2007摘要(英文)