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 미국 일리노이 대학의 연구진은 기존의 물질에서 보다 훨씬 더 효과적으로 석유 기반 연료에서 황을 세정하는 금속 산화물 나노섬유 매트를 개발하였다. 이와 같은 효율성은 연료 기반 촉매, 첨단 에너지 응용 및 독성 가스 제거를 위한 성능을 향상시키고 가격을 낮출 수 있을 것이다. 일리노이 대학 연구진은 그들의 연구 결과를 네이처 나노테크놀로지 저널에 "A regenerable oxide-based H2S adsorbent with nanofibrous morphology"라는 제목으로 발표하였다.
연료에서 황화합물은 두 가지 면에서 문제를 일으킨다. 첫 번째 그것들은 연소 중에 해로운 가스를 방출하며 엔진의 금속과 촉매에 손상을 가하며 연료 전지에도 손상을 가한다. 그것들은 보통 연료로부터 황을 흡착하는 액체 처리를 이용하여 제거된다. 그러나 이 프로세스는 성가시며 연료가 냉각되고 재가열되는 과정을 필요로 하며 그 결과 연료의 에너지 효율성이 떨어지게 된다.
이런 문제들을 해결하기 위해서, 연구진은 고체 금속 산화물 흡착제에 관심을 가졌지만, 그런 것들에는 그 자체의 문제점들이 있었다. 그것들은 고온에서 작동하여 냉각과 연료 재가열의 필요성을 제거하였지만, 그들의 성능은 안정성 문제로 제한되었다. 그것들은 몇 번의 사이클을 사용한 후에 활동성을 잃게 되었다.
이전의 연구는 황흡착물이 고체 금속 산화물의 표면에서 가장 잘 작동한다는 것을 밝혔기 때문에, 그들은 최대 표면적을 가진 물질을 제작하고자 하였다. 이에 대한 솔루션으로 미세한 아연 티탄산염 그레인을 나노섬유로 짜서 높은 표면적을 만들어 높은 성능의 황흡착성을 가진 고반응 및 구조적 완전성을 가지도록 하였다.
나노섬유 물질은 벌크 형태의 동일한 물질 형태보다 더 반응성이 뛰어나기 때문에 더 적은 물질로 완전한 황 제거가 가능하여 더 작은 반응로를 가능하게 만든다. 이 물질은 안정적이며 몇 사이클 후에도 활동적이다. 더구나, 섬유 구조는 물질의 소결 또는 군집 문제에서 자유롭기 때문에 다른 나노구조 촉매처럼 문제를 발생시키지 않는다.
연구진은 그들의 나노구조 섬유가 소결되지 않는다고 말하였다. 섬유성 구조는 모든 열물리적 변화에 대해서 물질의 저하를 가져오지 않는다. 실제로, 작동 조건 하에서 나노브랜치는 모 섬유로부터 성장하여 작동중에 표면적을 향상시킨다.
이들 연구진은 나노섬유 구조의 특성을 향상시키는 연구를 계속 수행할 예정이며, 이 물질이 매우 효과적이게 만드는 원인을 원자 수준에서 더 잘 이해할 수 있기를 희망하고 있다.
연구진은 수소 황화물이 흡착하는 물질의 표면상에서 원자 위치를 찾아내는 것에 관심을 가지고 있다고 일리노이 대학의 고등과학 기술 벡맨(Beckman) 연구소의 연구원인 제인은 말하였다. 만약에 연구진이 이런 위치를 확인할 수 있다면, 연구진은 더 효율적인 흡착 물질을 제작할 수 있을 것이라고 말하였다. 이들의 연구를 통하여 얻은, 원자 또는 나노스케일 직관은 재생 에너지 및 독성 가스 제거 응용에서 다른 촉매를 디자인하는데 유용할 것이라고 연구진은 설명하였다.
첨부그림: 금속산화물의 나노섬유는 연료로부터 황화합물을 제거하는데 필요한 매우 넓은 반응 표면을 제공한다. 황은 독성 가스와 촉매를 부식시키기 때문에 제거되어야 한다.
출처 : http://phys.org/print274972395.html
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