.Researchers create a new 3D extra-large pore zeolite that opens a new path to the decontamination of water and gas

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.Researchers create a new 3D extra-large pore zeolite that opens a new path to the decontamination of water and gas

연구원들은 물과 가스의 오염 제거에 새로운 길을 여는 새로운 3D 초대형 기공 제올라이트를 만듭니다

스페인 국립 연구 위원회 새로운 초대형 기공 실리카 제올라이트인 ZEO-3의 구조 이미지. / ICMM-CSIC. 크레딧: ICMM-CSIC JANUARY 19, 2023

-스페인 국립 연구 위원회(Spanish National Research Council, CSIC)가 참여한 국제 연구팀은 지금까지 알려진 가장 다공성의 안정한 제올라이트인 ZEO-3이라는 새로운 순수 실리카 제올라이트를 만들었습니다. 이 제올라이트는 1D 실리케이트 사슬이 3D 제올라이트로 전대미문의 토포탁틱 응축에 의해 형성되었습니다. 체인의 구조가 변경되지 않기 때문에 프로세스는 topotactic입니다.

물을 포함할 수 있는 가스 스트림에서 휘발성 유기 화합물 을 제거하고 회수하는 데 적용할 수 있습니다 . 마드리드 재료 과학 연구소(ICMM-CSIC)와 아라곤 나노 과학 및 재료 연구소(INMA-CSIC-UNIZAR)의 과학자들이 기여한 이 발견은 사이언스 저널에 게재되었습니다 .

제올라이트는 촉매, 흡착제 및 양이온 교환기로서 매우 다양한 응용 분야를 찾는 미세다공성 실리케이트입니다. 다공도가 증가된 안정한 실리카 기반 제올라이트는 큰 분자의 흡착 및 처리를 허용하기 위해 요구되고 있지만 "우리의 합성 능력에 도전"한다고 ICMM의 연구원이자 해당 연구의 해당 저자 중 한 명인 Miguel Camblor는 설명합니다.

-제올라이트 기공은 작은 분자의 크기이기 때문에 처리할 수 있는 분자의 크기에는 한계가 있습니다. 그렇기 때문에 더 큰 기공을 가진 제올라이트, 특히 3차원 기공을 가진 제올라이트가 항상 추구되었습니다. " 모공 이 한 방향으로만 있으면 크더라도 막히기 쉽지만 모든 차원에 모공이 있으면 어렵다"고 Camblor는 말합니다.

이 분야에서 80년 이상의 광범위한 국제 연구 끝에 이 팀은 지금까지 알려진 가장 다공성의 안정적인 제올라이트를 만들었습니다. "지금까지 매우 큰 기공을 가진 제올라이트는 실리콘 대신 게르마늄으로 만들어졌기 때문에 안정적이지 않았습니다."라고 그는 말합니다. 이전의 안정한 제올라이트는 최대 7옹스트롬에 도달할 수 있었습니다.

작년에 이 연구팀은 사이언스 에 알루미늄과 큰 기공을 가진 새로운 제올라이트(ZEO-1)에 대한 또 다른 기사를 발표했습니다. 이제 새로운 제올라이트는 순수한 실리카로 구성되어 있습니다. " 제올라이트 , ZEO-1 및 ZEO-3 모두에서 10옹스트롬 이상에 도달하는 기공이 있습니다."라고 Camblor는 말합니다.

Miguel Camblor, ICMM-CSIC 연구원 및 ZEO-3의 구조 대표. 크레딧: ICMM-CSIC

ZEO-3의 특징

이 새로운 제올라이트는 2가지 특징을 가지고 있습니다: 3차원 모두에서 초대형 기공과 토포택틱 응축에서 1차원 사슬 규산염의 하소에 의한 합성을 통해 형성됩니다. "이것은 전에 본 적이 없었습니다."라고 Camblor는 말합니다. "2차원에서 3차원으로의 토포탁틱 응축이 알려져 있습니다. 즉, 라멜라(lamellar)이고 유사한 메커니즘에 의해 응축되어 제올라이트를 제공하지만 1차원에서 3차원으로의 것은 아닙니다."라고 그는 덧붙입니다.

이 제올라이트를 만든 후 팀은 스웨덴, 중국 및 미국의 연구원들과 함께 그 특성을 실험하기 시작했습니다. "이것은 순수한 실리카 물질이기 때문에 촉매 능력이 없지만 매우 큰 것을 흡수할 수 있는 능력이 있습니다. 큰 유기 물질입니다."라고 Camblor는 말합니다.

"이 제올라이트는 물을 포함할 수 있는 가스 스트림에서 휘발성 유기 화합물을 제거하고 회수하는 데 적용될 수 있습니다."라고 그는 설명합니다. Camblor는 "유해한 휘발성 유기 물질이 생성되는 현장에서 오염을 제거할 수 있으며 단순히 제거하는 것이 아니라 오염 물질을 복구할 수 있습니다"라고 설명합니다. 추가 연구를 통해 이 제올라이트는 촉매 및 약물 전달에도 유용할 수 있습니다.

추가 정보: Jian Li 등, 사슬 규산염의 1D-3D 토포탁틱 응축으로 가능해진 3D 초대형 기공 제올라이트, Science (2023). DOI: 10.1126/science.ade1771 . www.science.org/doi/10.1126/science.ade1771 저널 정보: 과학 스페인 국립 연구 위원회 제공

https://phys.org/news/2023-01-3d-extra-large-pore-zeolite-path.html

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메모 2301200507 나의사고실험 oms 스토리텔링

다공성 물질인 제오라이트의 구조는 우주시대에 달이나 화성에서의 인공적으로 내부 다공성의 특징적인 안정된 거대한 건축구조물이나 방사능 오염제거 플랜트 장치를 만들어내는 아이디어 원천이 될 수 있다.

내부의 다공성 특성은 단순히 흡착성이 뛰어나 불순물 제거와 탈취제. 합성세제 첨가제, 항균제, 가축사료첨가제, 건축자재, 정화제, 토양 보습제 등등 활용성만 있는 게 아니다.

또 수분이나 양분을 넣으면 토양보습제로 쓸 수 있고, 반도체를 집어넣으면 광컴퓨터나 광통신의 스위치가 되는 등 활용 분야가 무궁무진하다. 0.5∼3μm 크기의 제올라이트 결정을 유리판에 올려놓고 손가락으로 문지르면 타일을 벽에 붙여놓은 듯이 단층으로 정렬된다는 사실을 발견했다. 인간의 손으로 깔 수 있는 벽돌의 크기가 1만분의 1cm까지 줄어든 셈이다. 제올라이트의 구멍이 100만개쯤 되었다.
물론 인공적인 oms.zeolite.1nano.area에 수천억조 격자구멍을 낼 수 있다. 허허. 가장 가벼운 물질이다.

이렇듯 안정적인 다공성은 샘플a.oms.banqhall.porosity을 거의 무한대로 실현할 수 있다. 이들은 극소에서 극대까지 내부구조를 거의 무한대의 내부적 구멍들을 만들어낼 수 있다. 우주는 이런 원리로 시공간이 웹 필라멘트 에너지.물질을 조합시킨듯 하다. 허허. 이를 입증하는것이 샘플c.oss.base이다.

샘플a.oms(standard)
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f000e0 b0dac0
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0deb00 ac000f
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a0b00e 0dc0f0
0ace00 df000b
0f00d0 e0bc0a

샘플b.qoms(standard)
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0000001100
0000010010
0001100000
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0010010000
0100100000
2000000000
0010000001

샘플b.poms(standard)
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00q00000000
0000q000000
000000q0000
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0q000000000
000q0000000
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000000000q0

샘플c.oss(standard)
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zxdzxezxz
xxbyyxzzx
zybzzfxzy
cadccbcdc
cdbdcbdbb
xzezxdyyx
zxezybzyy
bddbcbdca

 

 

Zeolite is a mineral created by a chemical reaction between lava from a volcanic eruption and seawater. Zeolite has excellent adsorption properties and is suitable for removing impurities and deodorizing. Accordingly, it is widely used in various fields such as synthetic detergent additives, antibacterial agents, livestock feed additives, building materials, cleaning agents, and soil moisturizers.

When distilling crude oil at an oil company, zeolite is used when detecting nano-sized viruses in hospitals. In addition, if micrometer-sized zeolite lumps are well arranged, synthetic materials with completely different properties can be made. This is because the different arrangement of the hole changes the type of material that can fit into the hole.

In the past, Sogang University Department of Chemistry Professor Yoon Kyung-byeong has been making new materials by stacking zeolites like “Lego blocks.” Previously, zeolite was made by mixing aluminum and silicon with alkali organic materials and heating them in a closed pot. However, when zeolite was made and attached to a glass plate, the arrangement of the zeolite became disordered, making it difficult to use it for other purposes. However, Professor Yoon succeeded in arranging the zeolite in various shapes, such as laying polyurethane on a glass plate and laying it horizontally or vertically, depending on the type of alkali organic matter, from the time of making zeolite.

-In addition, if moisture or nutrients are added, it can be used as a soil moisturizer, and if semiconductors are inserted, it can be used as an optical computer or optical communication switch. In May 2007, Sogang University Department of Chemistry Professor Yoon Kyung-byeong discovered that when zeolite crystals with a size of 0.5 to 3 μm were placed on a glass plate and rubbed with a finger, they aligned in a single layer as if tiles were attached to a wall. (Angewandte Chemie) published in the May issue. This means that the size of a brick that can be laid by human hands has been reduced to 1/10,000 cm. “Zeolite has about 1 million pores, so it is difficult to get lost in research,” jokes Professor Yoon.

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memo 2301200507 my thought experiment oms storytelling

The structure of zeolite, a porous material, can be a source of ideas for artificially creating stable giant architectural structures or radioactive decontamination plant devices characterized by internal porosity in the space age on the moon or Mars.

The porous nature of the interior is simply excellent in adsorption, removing impurities and deodorizing agents. Synthetic detergent additives, antibacterial agents, livestock feed additives, building materials, cleaning agents, soil moisturizers, etc. are not the only uses.

In addition, if moisture or nutrients are added, it can be used as a soil moisturizer, and if semiconductors are inserted, it can be used as an optical computer or optical communication switch. It was found that when zeolite crystals with a size of 0.5 to 3 μm were placed on a glass plate and rubbed with a finger, they aligned in a single layer as if tiles were attached to a wall. This means that the size of a brick that can be laid by human hands has been reduced to 1/10,000 cm. The zeolite has about 1 million pores.
Of course, it is possible to make hundreds of trillions of lattice holes in artificial oms.zeolite.1nano.area. haha. It is the lightest material.

Such a stable porosity can realize an almost infinite number of samples a.oms.banqhall.porosity. They can create an almost infinite number of internal pores, from microscopic to extreme. The universe seems to have combined space-time with web filament energy and matter based on this principle. haha. Proof of this is the sample c.oss.base.

Samplea.oms (standard)
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0deb00 ac000f
ced0ba 00f000
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0ace00 df000b
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sampleb.qoms (standard)
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sample c.oss (standard)
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.Boiling stone 'zeolite' rising into space

우주로 올라가는 끓는 돌 ‘제올라이트’

지구를 이루는 물질의 65%는 알루미늄과 실리콘의 혼합산화물이다. 주변에서 흔히 볼 수 있는 흙이나 암석이 모두 알루미늄과 실리콘의 혼합산화물이라는 뜻이다. 1756년 광물을 연구하던 크롱스테드는 채취한 돌을 깨서 태우기도 하고 얼려도 보며 다양한 실험을 했다. 그런데 돌에 열을 가하자 수증기나 생기는 신기한 돌을 발견했다. 그는 이 돌에 ‘끓는 돌’의 의미로 ‘제올라이트’(zeolite)라는 이름을 붙였다.

 

크롱스테드가 발견한 제올라이트는 내년 한국인 최초 우주인과 함께 우주에 간다. 우주인의 실험 과제로 ‘균일한 크기와 모양의 제올라이트 만들기’가 당당히 선정된 것이다. 우주에는 중력이 없어 지상에서 만들 수 없는 물질을 만들 수 있다. 얼마나 중요한 돌이기에 우주인의 실험 과제로 선정됐을까? 제올라이트란 어떤 돌인지 살펴보자. 제올라이트는 수nm(나노미터, 1nm=10-9m) 지름의 구멍이 수없이 많이 뚫려있는 돌을 말한다.

 

전자현미경으로 관찰하면 1μm2(제곱마이크로미터, 1μm=10-6m) 크기의 면적에 1nm 크기의 구멍이 100만개나 보인다. 그리고 이 미세한 구멍에는 여러 물질이 들어갈 수 있다. 크롱스테드가 발견한 천연 제올라이트의 구멍 속에는 물이 채워져 있었기 때문에 가열했을 때 수증기가 생긴 것이다. 예전에 천연 제올라이트가 풍부한 이탈리아에서는 제올라이트로 벽돌을 만들어 집을 짓고 살았다.

 

제올라이트의 미세한 구멍이 여름에는 습기를 빨아들여 방 안을 쾌적하게 하고 겨울에는 공기를 채워 실내온도를 따뜻하게 해준다. 음식 속에 들어 있는 독소를 빼낸다고 가축 사료에 넣는 사람도 있었다. 깨끗한 제올라이트는 투명하지만 전이금속 이온 같은 불순물이 들어가면 다양한 색깔을 내기 때문에 장신구로도 썼다. 

 

과학이 발전하면서 제올라이트가 새롭게 주목받고 있다. 가장 먼저 응용된 분야는 세제다. 빨래할 때 쓰는 합성세제의 30~40%는 제올라이트가 첨가제로 들어있다. 제올라이트가 물속에 있으면 미세한 구멍이 물에 녹아 있는 칼슘과 마그네슘 이온을 잡아먹는다. 덕분에 경수가 연수로 바뀌어 세제가 잘 녹고 때도 잘 빠진다. 그렇다고 세제에 돌 부스러기가 돌아다니는 것은 아니니 걱정하지 않아도 된다.

 

1900년대 중반 이후 합성 제올라이트가 생산됐다. 합성 제올라이트는 용도에 따라 다양하게 만들 수 있어 더욱 유리하다. 제올라이트는 나노 크기의 작은 구멍에 화학반응을 촉진하는 다양한 유기물질을 붙일 수 있어 촉매로 사용된다. 예를 들어 탄소 덩어리인 원유는 제올라이트를 만나면 탄소가 3개나 4개씩 끊어진다. 이때 끊어진 탄소에 수소를 붙이면 각각 에탄과 메탄을 손쉽게 만들 수 있다.

 

정유회사에서 원유를 증류할 때, 병원에서 나노 크기의 바이러스를 검출할 때 제올라이트를 쓴다. 게다가 마이크로미터 단위의 제올라이트 덩어리를 잘 배열하면 전혀 다른 성질의 합성물질을 만들 수 있다. 구멍의 배치가 달라지면 구멍에 들어갈 수 있는 물질의 종류가 달라지기 때문이다.

 

서강대 화학과 윤경병 교수는 제올라이트를 ‘레고 블록’처럼 쌓아 새로운 물질을 만들고 있다. 기존에 제올라이트는 알루미늄과 규소를 알칼리 유기물과 섞어 밀폐된 솥에 담아 가열해 만들었다. 그런데 제올라이트를 만든 뒤 유리판에 붙이면 제올라이트의 배열이 무질서해져 다른 용도로 활용하기 힘들었다. 그러나 윤 교수는 제올라이트를 만들 때부터 유리판에 폴리우레탄을 깔아 알칼리 유기물의 종류에 따라 제올라이트를 가로 또는 세로로 눕히는 등 다양한 형태로 배열하는데 성공했다.

 

이 결과는 2003년 8월 ‘정돈된 제올라이트 합성법’이란 이름으로 ‘사이언스’에 실렸다. 제올라이트를 쌓는 해법을 찾은 것이다. 또 제올라이트는 규칙적인 모양과 구멍을 가진 구조물이기 때문에 구멍에 어떤 물질을 넣느냐에 따라 물질의 특성과 용도가 달라진다. 

 

윤 교수는 정제된 제올라이트 합성법으로 의류회사와 함께 섬유에 은나노 입자를 가진 제올라이트를 붙이는 연구를 진행하고 있다. 은나노 입자는 항균효과가 있어, 제올라이트에 은나노 입자를 담아 섬유에 붙이면 옷에 베인 냄새도 없애고 건강에도 이롭다. 옷에 돌을 붙인다고 입기 어려울 정도는 아니다. 고작 전체 무게의 1%가량이 더 늘어날 뿐이다.

 

-또 수분이나 양분을 넣으면 토양보습제로 쓸 수 있고, 반도체를 집어넣으면 광컴퓨터나 광통신의 스위치가 되는 등 활용 분야가 무궁무진하다. 윤 교수는 올해 5월 0.5∼3μm 크기의 제올라이트 결정을 유리판에 올려놓고 손가락으로 문지르면 타일을 벽에 붙여놓은 듯이 단층으로 정렬된다는 사실을 발견해 세계 최고 권위의 화학전문지인 ‘앙게반테 케미’(Angewandte Chemie) 5월호에 발표했다. 인간의 손으로 깔 수 있는 벽돌의 크기가 1만분의 1cm까지 줄어든 셈이다. “제올라이트의 구멍이 100만개쯤 돼 연구에 빠져 헤어나기 어렵다”고 농담을 던지는 윤 교수가 다음엔 어떤 기능을 흡착할지 기대된다.

 

https://m.dongascience.com/news.php?idx=-65104