나노 입자 기능 설계 그룹, 나노 물질 연구 부서, Nanomaterial Research Division, Nanomaterial Research Division, 바카라 커뮤니티 (이하 "AIST"), 연구원 Shuto Yudai, Kawamoto Toru, 최고 연구원 인 Takahashi Akira, 최고 연구원, Blue PigmentsPrussian Blue개선바카라를 수집하고 집중시킬 수있는 새로운 흡착제를 개발했습니다 바카라은 화학 식물에서 원료로 널리 사용되고 플라스틱 용 용매가 널리 사용됩니다 바카라이 대기로 방출 될 때PM25와 같은 대기 오염의 원인이며, 연소 등에 의해 무해한 것으로 취급되었습니다 자원으로 회수되지 않은 주된 이유는 바카라이 바카라에 대한 높은 친화력을 갖는 수증기가 동일한 시간에 흡착되기 때문입니다 물과 바카라은 유사한 화학적 특성을 가지기 때문에, 기존의 흡착 및 농도 기술은 바카라 만 추출 할 수 없었다 따라서, 우리는 물보다 바카라을 더 강하게 흡수 할 수있는 흡착제를 개발했습니다 바카라의 분자 구조에 맞게 흡착제 프러시아 블루를 구성하는 금속 이온의 유형 및 조성의 최적 설계의 결과로, 흡착 된 양의 바카라은 활성탄의 5 배 이상이었다 또한, 바카라 회복 동안 동시에 흡착 된 수증기는 70 ℃에서 가열함으로써 제거 될 수 있으며, 이는 바카라로부터 분리 될 수 있으며, 이는 더 강하게 흡착된다 증기를 제거한 후, 150 ℃로 가열되었고, 고농도의 95 wt%의 바카라을 액체로서 회수 하였다 개발 된 흡착제는 무해한 물질로 처리되어야하는 바카라과 같은 유기 용매를 사용합니다자원 재활용 사회의 실현으로 이어질 수 있습니다

이 기술의 세부 사항은 2023 년 2 월 16 일 (Eastern US Time)에 제공 될 예정입니다응용 재료 및 인터페이스"

유기 용매는 코팅 및 화학 산업의 필수 화학 물질이지만 대기로 방출 될 때휘발성 유기 화합물 (VOC)광화학 스모그와 PM25를 유발하므로 방출 농도는 대기 오염 관리법에 의해 조절됩니다 이것이 공장에서 일어나는 일입니다세척 가스그것의 많은 유기 용매는 회수 될 수있는 경우 자원으로 사용될 수 있지만 주로 연소 처리에 의해 소비되어 이산화탄소로 분해됩니다 플라스틱 병 및 빈 캔과 같은 고형 폐기물이 분리되고 재활용되는 것처럼, 폐 가스에 포함 된 유기 용매를 분리하고 수집하여 재활용하는 것이 바람직합니다

AIST는 에너지를 사용하는 기존의 연소 처리 대신 폐기물 가스의 화학 물질을 자원으로 수집하고 재사용하는 자원 기반 사회를 실현하는 것을 목표로합니다 그러나 활성탄 및Zeolite와 같은 흡착제를 사용하면, 수증기를 함유하는 가스로부터 고농도에서 바카라과 같은 친수성 유기 용매를 흡수하기가 어려웠으며, 자원으로 회수하기가 어려웠다

Prussian Blue로 대표되는 Prussian Blue 아날로그는다공성 배위 폴리머라고 불리는 물질 그룹 중 하나이며, 금속 이온 및 시아 노 그룹 (CNS)이 정글-덤-유사 구조를 형성하여 이온과 분자가 내부 공간으로 흡착 할 수 있도록하는 물질입니다 AIST는 프로이센 블루 아날로그를 사용하여 암모니아 및 방사성 세소와 같은 유용하고 유해한 물질을 흡수하는 재료를 개발했습니다 (원고 끝의 이전 보도 자료 참조) 또한 프러시아 블루 유사체는 물뿐만 아니라 바카라 및 헥사 놀과 같은 알코올 분자를 내부 공간으로 흡수하는 것으로 밝혀졌다

공기 중뿐만 아니라 많은 경우에도 폐기물 가스에는 수증기가 포함되어 있습니다 수증기와 공존하는 바카라을 재사용하려면 고농도에서 바카라을 회수해야합니다 AIST는 수증기가 공존하는 조건에서도 바카라을 흡착하고 프러시아 블루의 결정 구조를 최적화함으로써 고농도의 액체로 회복하는 흡착제를 개발하는 것을 목표로했다

이 연구 및 개발은 국가 연구 개발 기관이 의뢰 한 "에너지 및 환경 신기술을위한 주요 연구 프로그램 (2021-2022)"에 의해 지원됩니다

이 기술에서 Prussian Blue 아날로그 중에서 망간 (MN)과 코발트 (CO)는 Cyano Group MN [CO (CN)₆]_2/3(이하MN-CO Prussian Blue)는 물 증기를 함유 한 대기에서 바카라을 흡수하는 것으로 밝혀졌다

먼저, 다른 성분의 효과를 제거하기 위해, 흡착량은 순수한 바카라의 희석 증기를 사용하여 측정되었다 결과적으로, Mn-Co Prussian Blue는 바카라에 대한 친화력이 높으며 500 농도에 불과하며, 이는 활성탄에 거의 흡착되지 않습니다PPMV에 해당하는 바카라 증기조차도 25 ℃에서 kg 당 약 300g을 흡수 할 수 있었다 또한, 수증기 공동 공존이있는 가스로부터의 흡착 성능은 MN-CO 프로이센 블루 및 활성탄과 비교되었다 (도 1 (a)) 흡착 된 바카라의 양은 15,000 ppmv의 수증기 및 5,000 ppmv의 바카라을 함유하는 5,000 ppmv의 바카라을 각각의 흡착제로 포장 한 25 ° C 컬럼으로 흐르고, 컬럼 출구에서 바카라 농도를 측정함으로써 계산되었다 수증기의 흡착으로 인해 바카라 흡착의 양이 감소했지만, 154g의 Mn-Co Prussian Blue는 수증기의 존재 하에서 kg 당 흡착되었다 (도 1 (b)) 이것은 동일한 조건에서 활성탄의 흡착량의 5 배 이상입니다 또한, 컬럼을 150 ℃로 가열함으로써, 흡착 된 바카라을 제거하고 수집 할 수 있었다

바카라이 수증기를 함유 한 가스에서 흡착 될 때, 바카라뿐만 아니라 수증기도 흡착됩니다 그러나 탈착을 조사했을 때, 우리는 탈착이 수증기 및 바카라과 유의하게 다르다는 것을 발견했습니다 이 차이를 활용하여, 우리는 70 ° C와 150 ° C의 두 단계로 제품을 제거하려고 시도했습니다 결과적으로, 흡착 된 수증기의 대부분은 70 ℃에서 탈착되었고, 바카라은 후속 단계에서 150 ℃에서 선택적으로 탈퇴 될 수있다 이어서, 탈착 된 가스를 실온으로 냉각시키고 95wt% 액체로 회수 하였다 (도 2 (a)) 수집 된 바카라은 농도가 높기 때문에 직접 연소 할 수있을뿐만 아니라 연료 전지의 연료로 발전에도 사용될 수 있습니다

또한, 현재 회복 및 농도 공정의 에너지 소비는 MN-CO 프로이센 블루의 비열 및 탈착 에너지에 기초하여 추정되었으며, 95WT% 바카라을 얻는 데 필요한 에너지는 바카라의 kg 당 189 MJ이며, 바카라의 200 kg 당 23 MJ remonge remonge rement^[2]보다 낮은 것으로 판명되었습니다 이런 식으로 화상을 입은 바카라이 저 에너지로 회수 될 수 있기 때문에,이 결과는 유기 용매의 재활용에 기여할 수 있습니다 (그림 2 (c))

또한, 우리는 MN-CO Prussian Blue의 반복 흡착 및 탈착을 반복하는 10 가지 테스트를 수행했습니다 결과적으로, 회복 될 수있는 바카라의 양의 변화는 반복 된 사용 후에도 악화되지 않은 안정적인 흡착제 인 것으로 밝혀졌다 (도 3)

개발 된 바카라 흡착제는 물이 존재하더라도 바카라을 흡수하여 고농도로 회복 할 수 있습니다 바카라은 바카라을 함유 한 폐기물 및 폐수를 치료하는 화학 공장, 펄프 공장, 제지 공장 등의 자원으로 회수 될 수 있습니다

[1] Tao, W-H; 양, TC -K; Chang, Y-N; Chang, L-K; 정, T-j 환경 Eng 2004, 130, 1210–1216
[2] 천연 가스에서 대량 생산 바카라을 생산할 때 사용되는 에너지의 양 반 달, É 에스; Bouallou, C,j 깨끗한 찌르다 2013, 57, 38–45

반복적 인 부착 및 탈착의 수를 늘리면 MN-CO 프러시아 블루가 사용될 수있는 횟수를 평가하고 바카라 순도를 더욱 향상시키는 것을 목표로합니다 우리는 파트너 회사를 모집하고 공동 연구를 통해 실질적으로 사용할 수 있도록하고자합니다

탄소 중립 사회를 실현하기 위해, 이산화탄소에서 감소 된 바카라이 사용될 것이라는 희망이있다 물은 바카라 합성 동안 부산물로 생산되기 때문에, 우리는이 기술을 사용하는 것을 고려할 것입니다이 기술은 물을 제거하고 농도를 증가시키기 위해 바카라 만 흡착합니다

게시 된 잡지 :ACS 응용 재료 및 인터페이스
종이 제목 : MN – Co Prussian Blue Alogues를 사용하여 습한 가스에서 순수한 바카라의 회수
저자 : Yuta Shudo, Setsuko Numano, Tohru Kawamoto, Akira Takahashi
doi : 101021/acsami2c17799

Prussian Blue

18 세기 초에 발견 된 푸른 색소 Navy Blue라고도합니다 일반적인 공식은_yFe [Fe (CN)₆]_x・ZH₂O (a는 칼륨 이온과 같은 양이온)이며, 배위 폴리머라고 불리는 물질 그룹의 한 유형입니다 그것은 내부에 공허가있는 정글 체육관과 같은 구조를 가지고 있으며, 암모늄 이온과 세슘 이온을 공극에 포함시키는 것으로 알려져있다[참조로 돌아 가기]

그림 4 프로이센 블루의 회로도

바카라

화학식 CH₃그것은 OH로 대표되는 가장 간단한 알코올 분자이며 인체에 유해합니다 유기 용매 및 화학적 합성을위한 원료로 사용됩니다 끓는점은 약 65 ° C로 물보다 낮으므로 물보다 기화 될 가능성이 높습니다 그것은 물과 비슷하기 때문에 어떤 비율로든 혼합됩니다 증류는 일반적으로 집중하기 위해 필요합니다[참조로 돌아 가기]

PM25

대기 중에 25 µm 미만의 입자 크기가있는 미립자 물질[참조로 돌아 가기]

자원 재활용 사회

소비되는 제품을 버려지는 대신 자원으로 재활용하는 것을 목표로하는 사회 이 회사는 미네랄 및 화석 연료와 같은 천연 자원의 소비를 최소화함으로써 가능한 한 환경 영향을 줄이는 것을 목표로합니다[참조로 돌아 가기]

휘발성 유기 화합물 (VOC)

톨루엔 및 바카라과 같은 대기에서 휘발하기 쉬운 유기 화합물에 대한 일반적인 용어 그것은 광화학 산화제와 PM25의 원인 중 하나이며 건강에 부정적인 영향을 미치므로 대기 오염 통제법에 따라 일본에서 배출량이 조절됩니다[참조로 돌아 가기]

세척 가스

산업 생산 공정에서 생산 된 가스 부품 및 불필요하게됩니다 위험 물질이 함유 된 경우 처리 과정을 통해 대기로 방출됩니다[참조로 돌아 가기]

Zeolite

다공성 결정 인 알칼리 또는 알칼리성 지구 금속을 함유하는 알루미 노 실산에 대한 일반적인 용어 sio₄또는 alo₄기본 단위로서, 그것은 02 ~ 10 nm의 모공을 가지므로 분자의 흡착이 우수합니다 높은 흡착 성능을 활용하여 산업 목적으로 널리 사용됩니다[참조로 돌아 가기]

다공성 배위 폴리머

나노 레벨 공석을 갖는 다공성 물질은 금속 이온 및 배위 분자를 정기적으로 배열함으로써 3 차원 구조를 형성한다 금속 이온과 분자의 배위 구조를 통해 미세한 공간을 자유롭게 설계 할 수 있습니다[참조로 돌아 가기]

MN-CO Prussian Blue

이것은 프로이센 블루 복합체 구조에서 질소에 결합 된 철이 망간으로 대체되고 탄소에 결합 된 철이 코발트로 대체되는 화합물입니다 일반 구성은_yMN [CO (CN)₆]_x・ZH₂O,이 개발에 사용 된 구성은 Mn [CO (CN)₆]_2/3・ 46H₂o 결정 구조는 프로이센 블루와 동일한 입방 결정입니다[참조로 돌아 가기]

PPMV

1 백만 분의 1을 의미하는 단위 부피마다 백만 달러의 부품에 대한 약어[참조로 돌아 가기]