Basalt Etna helpt goedkope productie van nanobuisjes

De vulkaan de Etna tijdens een eruptie in november 2002. A thick river of lava flows towards Nicolosi threatening the tourist refuge on the southern slopes of Mount Etna in the early hours of November 25, 2002. Mount Enta, Europe's largest and most active volcano, was awakened after five eathquakes rocked the southern Italian island on Sunday sending residents fleeing from their homes. NO RIGHTS CLEARANCES OR PERMISSIONS ARE REQUIRED FOR THIS IMAGE REUTERS/Tony Gentile DJM/CRB REUTERS

Vulkanisch gesteente van de Etna is te gebruiken voor het produceren van nanobuisjes. Dang Sheng Su en Xiao-Wei Chen van het Fritz Haber Instituut in Berlijn gebruikten ijzeroxidedeeltjes in basalt als katalysator en het gesteente zelf als ondergrond waarop de nanotubes kunnen groeien (Angewandte Chemie online, 30 januari).

Volgens de auteurs is hun methode belangrijk, omdat productie van nanobuisjes en -vezels nu nog erg duur is. Daarom worden de uit koolstofatomen opgebouwde buisjes nog vooral toegepast in dure producten zoals tennisrackets en platte beeldschermen. Het materiaal dat nodig is voor de nieuwe productiemethode is goedkoop en ruim voorradig. Bij een eruptie in november 2002 stroomde er tien miljoen kuub aan lava over de flanken van de Etna. Met de nieuwe productiewijze kunnen de nanobuisjes gebruikt worden in grootschaliger toepassingen zoals katalyse of waterzuivering.

Dang Sheng Su verzamelde in 2003 basalt op de flanken van de Etna. In het laboratorium verpulverde hij het gesteente. Daarna verhitte hij het in waterstofgas tot 700°C. Het ijzeroxide in het gesteente werd daardoor omgezet in ijzer. Vervolgens lieten de chemici een mengsel van waterstof en ethyleen over het basaltpoeder stromen.

De ijzerdeeltjes en de hitte zorgen ervoor dat het ethyleen uiteenvalt zodat koolstof in zijn elementaire vorm vrijkomt. Dit koolstof zet zich af op het lavagesteente in de vorm van kleine buisjes en vezels met meerdere wanden en een diameter van enkele tientallen nanometers. De lengte en diameter van de nanobuisjes en -vezels die op het gesteente ontstaan varieert sterk, maar voor de toepassingen als katalysator of filter hoeft dat geen probleem te zijn.

Volgens de onderzoekers is het proces dat zij in het laboratorium hebben uitgevoerd ook geologisch interessant. Blijkbaar ontstaan koolstofbuisjes en en -vezels op gesteente onder relatief milde omstandigheden. Dang Sheng Su heeft op het natuurlijke basalt aanvankelijk geen nanobuisjes aangetroffen, maar volgens hem is het goed denkbaar dat de koolstofstructuren in de natuur neerslaan uit vulkaangassen. Natuurlijke nanobuisjes zijn eerder ontdekt in fulguriet, een glasachtig gesteente dat ontstaat als een bliksemschicht de grond treft en in koolstofrijk gesteente dat 250 miljoen jaar geleden is ontstaan bij een meteorietinslag.

Michiel van Nieuwstadt