Nanofibre renser svovl fra brændstof

(Phys.org)—Svovlforbindelser i petroleumsbrændstoffer har mødt deres nanostrukturerede match. University of Illinois forskere udviklede måtter af metaloxid nanofibre, der skrubber svovl fra oliebaserede brændstoffer meget mere effektivt end traditionelle materialer. En sådan effektivitet kan sænke omkostningerne og forbedre ydeevnen for brændstofbaseret katalyse, avancerede energiapplikationer og fjernelse af giftig gas.

Co-ledet af Mark Shannon, en professor i mekanisk videnskab og ingeniørvidenskab ved U. of I. indtil sin død i efteråret, og kemiprofessor Prashant Jain, forskerne demonstrerede deres materiale i tidsskriftet Natur nanoteknologi .

Svovlforbindelser i brændstoffer giver problemer på to fronter:De frigiver giftige gasser under forbrænding, og de beskadiger metaller og katalysatorer i motorer og brændselsceller. De fjernes normalt ved hjælp af en væskebehandling, der adsorberer svovl fra brændstoffet, men processen er besværlig og kræver, at brændstoffet afkøles og genopvarmes, gør brændstoffet mindre energieffektivt.

For at løse disse problemer, forskere har vendt sig til faste metaloxidadsorbenter, men de har deres egne udfordringer. Mens de arbejder ved høje temperaturer, eliminerer behovet for at afkøle og genopvarme brændstoffet, deres ydeevne er begrænset af stabilitetsproblemer. De mister deres aktivitet efter kun få cyklussers brug.

Tidligere undersøgelser viste, at svovladsorption fungerer bedst på overfladen af ​​faste metaloxider, så kandidatstuderende Mayank Behl, fra Jains gruppe, og Junghoon Yeom, dengang en postdoc forsker i Shannons gruppe, gået ud på at skabe et materiale med maksimal overflade. Løsningen:bittesmå korn af zinktitanat spundet til nanofibre, forene høje overfladearealer, høj reaktivitet og strukturel integritet i en højtydende svovladsorbent.

Nanofibermaterialet er mere reaktivt end det samme materiale i bulkform, muliggør fuldstændig svovlfjernelse med mindre materiale, giver mulighed for en mindre reaktor. Materialet forbliver stabilt og aktivt efter flere cyklusser. Desuden, den fibrøse struktur giver materialet immunitet mod problemet med sintring, eller klumper, som plager andre nanostrukturerede katalysatorer.

"Vores nanostrukturerede fibre sintrer ikke, " sagde Jain. "Den fibrøse struktur rummer alle termofysiske ændringer uden at resultere i nogen nedbrydning af materialet. Faktisk, under driftsforhold, nanogrene vokser fra moderfibrene, forbedring af overfladearealet under drift."

Jains gruppe vil fortsætte med at undersøge de forbedrede egenskaber af nanofiberstrukturer, i håb om at få en forståelse på atomniveau af, hvad der gør materialet så effektivt.

"Vi er interesserede i at finde ud af de atomare steder på overfladen af ​​materialet, hvor hydrogensulfidet adsorberer, " sagde Jain, som også er tilknyttet Beckman Institute for Advanced Science and Technology ved U. of I. "Hvis vi kan kende identiteten af ​​disse websteder, vi kunne konstruere et endnu mere effektivt adsorberende materiale. Den atomare eller nanoskala indsigt, vi opnår fra dette materialesystem, kan være nyttig til at designe andre katalysatorer i applikationer til fjernelse af vedvarende energi og giftige gasser."