퀸스 대학(Queen’s University)의 연구진은 다공성 액체를 만드는데 성공했다. 이 연구결과는 탄소 포집과 같은 다양한 분야에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것이다.

이번 연구진은 새로운 액체를 개발했는데, 이것은 대량의 가스를 쉽게 용해시킬 수 있었다. 여기서, 가스는 액체의 홀(hole) 속에 흡수된다. 이 연구결과는 저널 Nature에 “Liquids with permanent porosity”라는 제목으로 게재되었다(DOI: doi:10.1038/nature16072).

제올라이트와 금속 유기 구조체(metal–organic framework)와 같은 다공성 고체들은 분자 분리와 촉매로서 유용하게 적용되지만, 그들의 고체 특성으로 인해서 적용에 한계를 가진다. 예를 들어, 액체 순환 시스템이 기존의 설비에 더 쉽게 장착될 수 있기 때문에 액체 용매들은 이산화탄소의 수집을 위한 가장 성숙된 기술이다. 고체 다공성 흡착제는 몇 가지 장점들을 가지지만, 그들은 기존의 공정에 적용하기가 어렵다. 유동성과 영구적인 다공성을 가진 재료들은 기술적으로 중요하지만 영구적인 다공성은 기존의 액체에서는 가능하지 않았다.

이번 연구진은 3년 동안의 연구 프로젝트로 탄소 포집 등과 같은 화학적 프로세스를 더 효율적이고 더 청정하게 수행할 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 탄소 포집은 화석 연료 발전의 주요 배출물인 이산화탄소를 포집하는 것을 의미하고, 이산화탄소가 대기 중에 방출되는 것을 방지한다.

이번 연구진은 벌크 특성들이 그들의 영구적인 다공성에 의해서 결정되는 액체를 개발했다. 이것을 달성하기 위해서, 이번 연구진은 잘 정의된 기공 공간을 가진 케이지 분자를 디자인했다.

퀸즈 대학의 Stuart James 교수는 “홀 또는 기공을 가진 재료들은 기술적으로 중요하다. 그들은 플라스틱 병에서 휘발유까지 다양한 제품을 제조하는데 사용된다. 그러나 지금까지, 이런 다공성 재료들은 고체였다. 우리가 수행한 것은 ‘상향식(bottom-up)’으로 특별한 액체를 디자인하는 것이다. 우리는 액체가 모든 공간을 채우지 않도록 액체를 구성하는 분자의 형상을 디자인했다. 액체 속에 존재하는 빈 홀 때문에, 우리는 대량의 가스를 용해할 수 있다는 것을 발견했다. 이 실험은 새로운 유형의 재료에 대한 이해도를 높이는데 기여했다. 이 연구결과는 가스 용해가 필요한 분야에 매우 유용하게 적용될 수 있을 것”이라고 말했다. 

“향후에 몇 년 동안의 연구는 필요하지만, 우리가 이런 다공성 액체를 적용할 수 있는 분야를 찾을 수 있다면 새롭거나 향상된 화학적 프로세스를 발생시킬 수 있을 것이다. 적어도, 우리는 매우 새로운 원리를 증명할 수 있었다. 이 원리는 액체 속에 홀을 생성함으로써 용해할 수 있는 가스의 양을 매우 증가시킬 수 있다는 것이다. 이러한 놀라운 특성들은 다양한 분야에 흥미롭게 적용될 수 있을 것”이라고 James 교수는 덧붙였다. 

이 연구에는 퀸즈 대학의 연구진 이외에도 리버풀 대학(University of Liverpool), 멘도자 쿠요 국립대학(Universidad Nacional de Cuyo), Technische Fakultät der Universität Kiel, Institut de Chimie de Clermont-Ferrand의 연구진이 포함되었다. 이 연구는 레버흄재단(Leverhulme Trust)과 공학자연과학연구회(Engineering and Physical Sciences Research Council)에서 자금을 지원받았다.

 

그림. 탄소 포집에 잠재력을 가진 다공성 액체.

 

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 11월 17일]

Scientists at Queen’s University have made a major breakthrough by making a porous liquid – with the potential for a massive range of new technologies including ‘carbon capture’.

Researchers in the School of Chemistry and Chemical Engineering at Queen’s, along with colleagues at the University of Liverpool, UK, and other, international partners, have invented the new liquid and found that it can dissolve unusually large amounts of gas, which are absorbed into the ‘holes’ in the liquid. The results of their research are published today in the journal Nature ("Liquids with permanent porosity").

The three-year research project could pave the way for many more efficient and greener chemical processes, including ultimately the procedure known as carbon capture - trapping carbon dioxide from major sources, for example a fossil-fuel power plant, and storing it to prevent its entry into the atmosphere.

Professor Stuart James of Queen’s School of Chemistry and Chemical Engineering said: “Materials which contain permanent holes, or pores, are technologically important. They are used for manufacturing a range of products from plastic bottles to petrol. However, until recently, these porous materials have been solids. What we have done is to design a special liquid from the ‘bottom-up’ – we designed the shapes of the molecules which make up the liquid so that the liquid could not fill up all the space. Because of the empty holes we then had in the liquid, we found that it was able to dissolve unusually large amounts of gas. These first experiments are what is needed to understand this new type of material, and the results point to interesting long-term applications which rely on dissolution of gases.

“A few more years’ research will be needed, but if we can find applications for these porous liquids they could result in new or improved chemical processes. At the very least, we have managed to demonstrate a very new principle – that by creating holes in liquids we can dramatically increase the amount of gas they can dissolve. These remarkable properties suggest interesting applications in the long term.”

Queen’s University Belfast led the research which also involved the University of Liverpool and universities in France, Germany and Argentina. The study was mainly funded by the Leverhulme Trust and the Engineering Physical Science Research Council (EPSRC).

[원문출처 : http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=41857.php]