금속을 가공하는 전략

2021년 9월 8일 특집

작성자: Ingrid Fadelli, Tech Xplore

경질 탄화수소 혼합물의 분리는 가장 중요한 석유화학 및 산업 공정 중 하나입니다. 이 공정은 지금까지 극저온 증류와 같은 기존 기술을 사용하여 수행되었기 때문에 현재 매우 에너지 집약적인 공정으로 간주됩니다.

경질 탄화수소를 분리하는 또 다른 방법은 멤브레인 기반 분리 공정을 사용하는 것입니다. 극저온 증류 및 기타 기존 공정과 달리 막 기반 분리는 열에 의해 구동되지 않으므로 경질 탄화수소 분리에 필요한 전체 에너지 요구량을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 지난 몇 년 동안 전 세계 과학자들은 에너지 집약적인 분리를 수행하기 위한 막을 제조하는 데 사용할 수 있는 새로운 재료를 개발하고 식별하려고 노력해 왔습니다.

킹 압둘라 과학 기술 대학교(KAUST)의 연구원들은 최근 탄화수소 분리용 막을 제조하기 위한 다용도 전기화학적 지시 조립 전략을 도입했습니다. Nature Energy에 발표된 논문에 소개된 이 전략을 통해 금속-유기 골격을 연속적인 얇은 필름으로 제작하고 이를 기존 단일 증류 공정에 비해 탄화수소 분리 공정에 투입되는 에너지를 거의 90% 줄일 수 있는 멤브레인으로 사용할 수 있었습니다.

"금속-유기 프레임워크(MOF)의 설계, 발견 및 개발에 대한 우리의 이전 탐구는 fcu(면구경 입방체) MOF를 기반으로 한 새로운 플랫폼을 공개했으며, 이는 기공의 초미세 조정으로 수정 가능한 것으로 밝혀졌습니다. - 조리개를 통해 fcu-MOF를 다양한 주요 분리에 적합한 흡착제로 자리매김할 수 있다고 연구를 수행한 연구원 중 한 명인 Mohamed Eddaoudi는 TechXplore에 말했습니다. "우리 연구의 주요 목적은 이를 다음 단계로 끌어올리고 선택된 흡착제 재료를 산업적으로 관련된 고압 및 공격적인 조건에서 높은 투과선택성을 제공하는 실용적인 멤브레인으로 가공하는 것이었습니다. 확장 가능하고 견고한 패션입니다."

결함이 없는 다결정 MOF 멤브레인을 제조하는 것은 고도로 제어 가능한 성장 프로세스가 필요하기 때문에 매우 어렵습니다. 막을 제작하기 위해 Eddaoudi와 그의 동료들은 다공성 지지체 위에 다결정 fcu-MOF 박막의 결정화와 내부 성장을 촉진하기 위해 제어된 외부 전류를 적용함으로써 작동하는 전기화학적 접근법을 사용했습니다.

기존의 용매열 성장과 비교하여 이 전기화학적 접근 방식은 제어가 가능하므로 고품질의 박막을 얻을 수 있다고 Sheng Zhou(박사 과정 학생이자 제1저자)는 설명했습니다. "또한 제조 조건은 다른 방법을 사용하는 것보다 훨씬 온화하고 빠르며 실온, 대기압 및 짧은 성장 시간(2시간)만 필요합니다. 결과적으로 이 전략은 더 실용적이고 규모 확장에 친화적입니다."

망상화학과 전기화학적 합성 접근법을 성공적으로 결합함으로써 Eddaoudi와 그의 동료들은 안정적이고 고유한 분자 체질 특성을 지닌 연속적이고 결함이 없는 fcu-MOF 막을 제작할 수 있었습니다. 이러한 특성으로 인해 그들이 만든 멤브레인은 경질 탄화수소 분리에 특히 유망합니다.

또한 연구진은 다양한 유형의 링커가 포함된 일련의 MOF를 기반으로 하는 폐쇄형 박막 막을 제조하기 위한 올바른 조건을 결정하는 데 사용할 수 있는 방법론을 최초로 개발했습니다. 앞으로 그들이 개발한 전략을 사용하여 만들어진 멤브레인은 탄화수소 분리 공정을 크게 향상시킬 수 있습니다.