کریس سیمونز به‌عنوان یک شیمیدان که سال‌های زیادی را در بخش‌های تحقیق و توسعه صنعت پوشش گذرانده است، مبارزه کار با نانوذرات، به‌ویژه به شکل پودر را می‌داند. «همیشه نگرانی‌هایی در مورد کمبود مقیاس صنعتی و درک هزینه‌هایی وجود داشت که بر منافع آن بیشتر بود. با این حال، به عنوان یک فرمول‌دهنده، مسئله بزرگ ترکیب و پراکندگی بود. جداسازی نانوذراتی که به طور طبیعی به سمت یکدیگر جذب می‌شوند و آن‌ها را در یک فرمول پراکنده می‌کنند، بسیار بسیار سخت است.

در اوایل سال جاری، سیمونز به Promethean Particles، یک شرکت مستقر در ناتینگهام در بریتانیا پیوست که قصد دارد فرمول‌سازی با نانومواد را با ارائه آنها به عنوان پراکندگی مایع آسان‌تر کند.

هدف Promethean این است که پراکندگی مایع خطر تجمع ذرات را کاهش می‌دهد، نانوذرات را برای ادغام با پوشش‌ها یا ماتریس‌های دیگر آسان‌تر می‌کند و تجهیزات استخراج پرهزینه‌ای را که پودرهای خشک در سطح تحقیق و توسعه و تولید نیاز دارند، از بین می‌برد. نانوذرات در داخل آب یا حلال قرار می‌گیرند، که می‌تواند مزایای بیشتری در محافظت از ذرات، مانند مس، در برابر اکسیداسیون داشته باشد. و آنها با مسائل ایمنی و رسیدگی، مانند خطرات استنشاق، پودرهای خشک همراه نیستند.

سیمونز و تیمش به لطف سنتز هیدروترمال و یک راکتور ثبت اختراع، می توانند فرم پودر معمولی را دور بزنند. فناوری این شرکت دو جریان – یکی از آب گرم یا حلال، و دیگری از موادی که باید به صورت نانوفرم ایجاد شود، مانند نمک فلز – در یک آرایش راکتور جریان مخالف ترکیب می‌کند. این فرآیند جریان برای ایجاد یک محلول فوق اشباع در کوتاه ترین لحظه طراحی شده است که به نانوذرات اجازه تشکیل می دهد.

این فناوری زاییده فکر بنیانگذار شرکت، مهندس شیمی اد لستر است که در اوایل دهه 2000 راکتور را به دقت تنظیم کرد. سلینا آمبروز، دانشجوی سابق دکترای لستر در دانشگاه ناتینگهام، و اکنون مدیر فنی پرومته، به یاد می‌آورد که نکته مهم اجتناب از انسداد بود. ‘[Lester] آمبروز می‌گوید: قبل از غلبه بر مشکلات انسداد، آزمایش‌های زیادی از طرح‌های راکتورهای مختلف انجام داد، که در نهایت به این معنی بود که ذرات می‌توانند به خوبی شکل بگیرند و بیرون بروند. هنگامی که لستر فرآیند و طراحی راکتور را کامل کرد، یک پتنت ثبت کرد و در پایان سال 2007 Promethean را تشکیل داد.

جریان آزاد

این فناوری تولید نانوذرات را از فرآیند دسته‌ای معمولی به جریان پیوسته تبدیل کرد. سیمونز می‌گوید: «یکی از بزرگترین تفاوت‌های بین این نوع روش جریان پیوسته و تولید دسته‌ای، زمان مورد نیاز هسته‌زایی است. روش های تولید دسته ای می تواند بین هشت تا 16 ساعت زمان عملیاتی طول بکشد. به دلیل تلاطم زیاد در راکتور ما، نانوذرات را در کسری از ثانیه هسته می‌دهد. سیمونز توضیح می‌دهد که سطحی از مقیاس و کارایی را ممکن می‌سازد که روش‌های سنتی اغلب توسط آن محدود شده‌اند.

این فرآیند همچنین تغییرات دسته به دسته را به حداقل می‌رساند و امکان افزایش آسان برای تولید مقادیر صنعتی نانومواد را فراهم می‌کند، در حالی که فرآیندهای دسته‌ای معادل با حجم مخزن رآکتور محدود می‌شوند. Promethean تا ظرفیت 1000 تن نانوذرات در سال افزایش یافته است و اکنون ادعا می کند که بزرگترین کارخانه تولید چند نانومواد جهان را اداره می کند.

در روزهای اولیه، این شرکت سرامیک – اکسیدهای فلزی می ساخت که می توانند در پوشش های بازتابنده، مواد با دمای بالا، کاتالیزورها یا به عنوان مواد تقویت کننده پارچه ها استفاده شوند. امروزه می تواند موادی را در هشت کلاس مواد مختلف از جمله فلزات و اکسیدهای فلزی بسازد. سیمونز و آمبروز توضیح می‌دهند که در برخی از این کلاس‌ها، مانند اکسیدهای فلزی دوپ‌شده، ترکیب تقریباً نامحدودی از مواد وجود دارد که تیم می‌تواند تولید کند. در حال حاضر، این شرکت بر روی محصولاتی برای کاربردهای مختلف از بهبود بازده سیال جذب کربن و انتقال حرارت گرفته تا یخ زدایی هواپیما و تجهیزات حفاظت شخصی (PPE) با خواص بیوسیدال نانومس کار می کند.

MOF ها در مقیاس

Ambrose می‌گوید یکی از بزرگترین زمینه‌های توسعه تیم، تولید چارچوب‌های فلزی-آلی (MOFs) است: «ما در چند سال گذشته کارهای زیادی را روی توسعه روش‌های مقیاس‌پذیر و مقرون‌به‌صرفه برای تولید MOF انجام داده‌ایم. ما شاهد افزایش قابل توجه علاقه مشتریانی بوده‌ایم که به MOF برای جذب کربن و سایر کاربردهای مرتبط نگاه می‌کنند.

این تلاش منجر به همکاری با نیروگاه Drax شد که در سپتامبر توافق شد. بخشی از مجموعه پروژه‌هایی که توسط مرکز تحقیقات جذب و ذخیره کربن بریتانیا (UKCCSRC) تامین می‌شود، پروژه پیکاسو – جذب کربن در مقیاس آزمایشی با استفاده از جاذب‌های جامد – با هدف برجسته کردن پتانسیل MOFs به عنوان یک فناوری جذب کربن صنعتی قابل دوام است.

Promethean MOF ها را برای ادغام در سیستم جذب کربن طراحی شده توسط دانشگاه ناتینگهام ارائه خواهد کرد. سپس مستقیماً روی جریان گاز دودکش از Drax نصب می شود که در آن جذب کربن نظارت و اندازه گیری می شود.

سیمونز می‌گوید: «این یک زمان هیجان‌انگیز برای MOF‌ها است، که پتانسیل‌های آن مدت‌هاست که به دلیل عوارض ناشی از تولید آنها در خارج از آزمایشگاه از بین رفته است. او می‌گوید: «ما اکنون این توانایی را داریم که این مواد شگفت‌انگیز با مساحت سطح بالا را بزرگ کنیم و از آنها برای جذب کربن با کارایی بالا استفاده کنیم. “من انتظار دارم این یک منطقه واقعا کلیدی برای ما در آینده باشد.”