Wissenschaftler untersuchen, unsichtbare Umwelt Helfer

Behind the Scenes Artikel wurde LiveScience in Zusammenarbeit mit der National Science Foundation zur Verfügung gestellt.

Für die meisten ist die Wort-Katalyse kein geflügeltes Wort. Aber dieser Prozess, ein Weg, um eine chemische Reaktion mit einem "Helfer" Material, das weitgehend unversehrt überlebt beschleunigen ist eine treibende Kraft für alles, was aus dem Erdöl und chemische Industrien, das Verständnis der Umweltwissenschaften oder das Innenleben unserer Zellen.

"Die Chancen stehen gut, dass die meisten der hergestellten Ware, die Sie in Kontakt mit jetzt irgendeine Form von synthetischen Faser – Ihre Kleidung, die Schuhe an den Füßen und den Teppich gerade unter ihnen," sagt Israel Wachs, Professor für chemische Verfahrenstechnik an der Lehigh University in Bethlehem, Pennsylvania. "Es ist wahrscheinlich, dass alle von ihnen in irgendeiner Weise durch Katalyse berührt worden sind."

In der Tat, beinhaltet in der Nähe von 20 Prozent des BIP der Vereinigten Staaten ein Produkt durchläuft eine katalytische Verarbeitungsschritt.

Und doch, wenn Wachs die erste Experimente, die Studium der Katalyse auf der Nanometerskala (Milliardstel Meter) überzeugt lief, er tauchte in unbekannte Gewässer.

"Es gab keine Regeln aufgestellt, wann wir zum ersten Mal in diesem," erinnert sich Wachs, "keine Richtlinien zu beachten. Es war wie nicht zu wissen, welche Richtung oben, unten, links oder rechts war. “

Wachs, ist ein führendes Unternehmen in der Studie der Katalyse, ein Gelehrter, deren Arbeit in der wissenschaftlichen Literatur mehr als 10.000 Mal in seiner Karriere bisher zitiert worden ist. Ein Forscher ernsthaft und intensiv Wachs ist nicht die Art von Person, die neuesten Modeerscheinungen Riegel auf.

In den 1990er Jahren wurden Wachs bewusst, wie viele Wissenschaftler, der wachsenden Begeisterung rund um den Begriff der Nanotechnologie. Damals war er skeptisch, herauszufinden, dass 'Nano' einfach den neuesten Trend in der populär-wissenschaftliche Presse, der Art der Sache sein könnte, der unweigerlich vorübergehen würde.

Trotz seiner Bedenken entschloss er sich ein paar grundlegende Experimente zur Nano-Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Katalyse suchen ausgeführt. Die Ergebnisse dieser Experimente überzeugte ihn, dass "Nano" auf seinem Gebiet mehr als nur ein Hype war.

In diesen Tagen schreitet Wachs die Wissenschaft der Nanocatalysis mit Hilfe von ein Stipendium der National Science Foundation NIRT (nanoskaligen interdisziplinären Forschungsteam), das bringt ihn zusammen mit Mitarbeitern von Lehigh, Rice University und der University of Virginia – Forschung, die hat das Potenzial zur Verringerung der Umweltverschmutzung und Auswirkungen auf die Umwelt in einer Vielzahl von Möglichkeiten.

"Nanotechnologie befasst sich mit der Manipulation von Materialien der unglaublich geringen Abmessungen," sagt Wachs. "In dieser Größenordnung haben Materialien einzigartigen chemische und physikalische Eigenschaften, die nicht in ihre größeren Pendants, vor allem bei einem Nanometer oder weniger gefunden."

Um ein Gefühl für die Größe, die Beteiligten zu geben, stellen Sie sich eine Strähne Echthaar. Nun, Stell dir vor, dass gleiche Haar 80.000 gleichmäßig längs geschnitten. Die Breite eines dieser Scheiben wäre etwa 1 Nanometer.

Wachs hält ein einzigartiges Forschungslabor, das einzige seiner Art in den USA, die eine Methode namens"Degradation Molekülspektroskopie." Degradation ist ein lateinisches Wort, das heißt. Operando -Spektroskopie ermöglicht molekularer Ebene Überwachung der Katalysatoren unter realistischen Bedingungen, die gleichzeitig untersucht werden können, online, da es vorkommt. Durch seine Forschung hatte Wachs viele Durchbrüche, sogar finden, dass die Verwendung von Nanopartikeln tatsächlich für einige katalytischen Reaktionen kontraproduktiv wäre.

"Elektronen Verhalten anders in einem kleinen Maßstab,", sagt er. "Wenn eine katalytische Reaktion eine reiche Quelle von Elektronen erfordert, also der Einsatz von Nanopartikeln aus. Katalytische Reaktionen, die eine reiche Quelle von Elektronen erfordern nicht gedeihen, auf der anderen Seite im Nanobereich."

NOX ist beispielsweise ein Schadstoff erstellt in Automobilen, bei vielen Kraftwerken und anderen Quellen, die zu einer Vielzahl von Problemen aus der Produktion von Ozon (ein Treibhausgas und bodennahem Schadstoff) zu saurem Regen beiträgt. Wachs und seine Kollegen versuchen derzeit, eine Nanocatalyst zu entwickeln, die Stickoxide (NOX) in die gutartigen Stickstoff und Wasser verwandelt.

Dies ist nicht das erste Mal, jedoch verwendet das Wachs seine Expertise in der Katalyse zu wichtige Umweltfragen positiv beeinflussen. Eines seiner drei Dutzend Patente ist für einen traditionellen katalytischen Prozess der Methanol, ein Nebenprodukt Schadstoff der Papierfabriken, in Formaldehyd umwandelt, mit denen die Mühlen nun Harze für Spanplatten zu machen. Der Zellstoff-Fabriken veröffentlicht einmal dieses Methanol zusammen mit anderen fiesen Chemikalien in Flüssen und Bächen, was zu ökologischen Verwüstung. Für die bedrängten Papierindustrie ist dies, im Wesentlichen die Transformation der Verschmutzung in Gewinne. Im Jahr 2002 erhielt Wachs der Clean Air Excellence Award von der EPA für seine Pionierarbeit auf diesem Gebiet.

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Anmerkung der Redaktion: Diese Forschung wurde unterstützt von der National Science Foundation (NSF), die Bundesagentur für angeklagt Finanzierung von Grundlagenforschung und Ausbildung in allen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Sehen den Blick hinter die Kulissen Archiv.