محققان دانشگاه رايس و همکاران‌شان در فنلاند راهي براي ساخت غشاء‌هاي نانولوله کربني، توسعه داده‌اند. اين غشاءها مي‌توانند به‌عنوان فيلتر‌هاي هواي فوق‌العاده ريز و به‌عنوان چارچوب ‌هايي براي کاتاليست‌هايي که واکنش‌هاي شيميايي را تسريع مي‌کنند، کاربردهاي گسترده‌اي داشته باشند. اين نتايج نشان مي‌دهند که چگونه چنين فيلتر‌هايي مي‌توانند 99 درصد ذراتي با قطرهاي کمتر از يک ميکرومتر، را از هوا حذف کنند.
 
ميکروافزاره‌هاي نانولوله‌اي، با جنگل‌هايي از نانولوله‌هاي کربني رشد يافته داخل خلل و فرج، مي‌توانند به‌عنوان فيلتر يا حاملي براي کاتاليست‌ها عمل کنند.
 


اين گروه تحقيقاتي به رهبري روبرت واجتاي، با استفاده از روش ترسيب بخار شيميايي (CVD) افزاره‌هايي ساخته است که در ابتداي اين فرآيند شبيه به سر دوش‌هاي ريز هستند. بعد 30‌ دقيقه در کوره CVD، اين حفره‌ها که بوسيله ليزر‌ در اين قالب‌هاي دي‌اکسيد سيليکون ايجاد شده‌اند، با جنگلي از نانولوله‌هاي کربني پر مي‌شوند. از داخل اين نانولوله‌هاي کربني فقط ذراتي با قطرهايي در مقياس نانو، مي‌توانند عبور کنند.

هنگامي که اين نانولوله‌ها با مواد شيميايي کاتاليستي عامل‌دار مي‌شوند، ذرات از يک طرف اين فيلتر با يک شکل وارد مي‌شوند و از طرف ديگر با شکلي ديگر خارج مي‌شوند (در هنگام عبور از آنها تبديل مي‌شوند.). اين فرآيند مشابه با فرآيندي است که بوسيله مبدل‌هاي کاتاليستي در ماشين‌ها اتفاق مي‌افتد و در آن مونواکسيدکربن، هيدروکربن‌ها و ناکس تبديل به مخلوط غيرسمي از دي‌اکسيد کربن، نيتروژن و آب مي‌شوند.

واجتاي گفت: حتي موقعي که اين حفره‌ها خيلي از خود اين ذرات بزرگ‌تر هستند، اين افزاره‌ مي‌تواند يک فيلتر خيلي مؤثر باشد. ايده اساسي اين است که شما اين جنگل نانولوله کربني را داريد، گاز از سرتاسر آن عبور مي‌کند و بدليل فاصله خيلي کم بين اين لوله‌ها، اتم‌هاي گاز قبل از رسيدن به طرف ديگر، به ديواره‌ها برخورد مي‌کنند و طي اين برخوردها مي‌توانند تبديل شوند.

او اضافه کرد: اين برهم‌کنش بسيار قوي، در مقايسه با مواد ماکروسکوپي و حتي بعضي از مواد ميکروسکوپي، منجر به فيلتر يا پايه‌ي کاتاليستي مي‌شود که بسيار مؤثرتر از فيلتر جذب‌کننده – ذره‌اي بسيار مؤثر (HEPA) عمل مي‌کند. در حقيقت اين ديسک‌هاي پر شده از نانولوله‌ها صد برابر بهتر از مواد استفاده شده در فيلتر‌هاي HEPA، نانوذرات را از هواي آزمايشگاهي حذف کردند.

نفوذپذيري اين فيلترها قوياً به چگونگي رشد نانولوله‌ها که چگالي و طول‌شان را مشخص مي‌کند، بستگي دارد. اين محققان با ترسيب پالاديوم روي اين نانولوله‌ها و استفاده از آنها براي تبديل پروپن به پروپان (يک تست محک براي کاتاليز) توانايي اين فيلتر‌ها را براي عمل به‌عنوان کاتاليست، بررسي کردند. آنها متوجه شدند که اين غشاء‌هاي فعال فعاليت کاتاليستي پايدار و عالي نشان مي‌دهند.

نتايج اين تحقيق در مجله‌‌ي ACS Nano منتشر شده است.