[논문 리뷰] Surface engineered porous graphitic sheets for magnetic recovery of oil

Meenakshi Talukdar, Sushant Kumar Behera외 2명|arXiv (Cornell University)|2018. 06. 08.

Surface Modification and Superhydrophobicity인용 수 2

한 줄 요약

이 연구는 다공성 구조, FeNi3 나노입자 및 지방산 표면 기능화를 갖춘 자성, 수소친수성/기름친화성 그래피트형 C3N4 나노층을 개발하여 점성 있는 원유를 수중에서 효율적이고 선택적으로 흡착하고 자성으로 회수하는 데에 성공했다. 이 복합재는 천연 물질 대비 최대 9배 높은 원유 흡착 용량을 달성하며, 외부 자석장으로 고도로 효율적인 원유 수거가 가능하여 환경에 친화적인 재사용이 가능하다.

ABSTRACT

Efficient oil adsorption and recovery is a generous universal importance for future energy demand and environmental protection. Adsorbents based on 2D flatland with engineered surfaces can overcome the limitations of conventional methods for selective oil absorption. Here, we report magnetic hydrophobic/oleophilic graphitic C3N4 nanosheets that exhibit excellent oil sorption performance and ready removal of adsorbed oil using magnetic field. Combining porous and nanosheet structure along with magnetic FeNi3 and fatty acid surface functionalization make the system an ideal adsorbent for adsorbing and separating viscous crude oil from water. The nanocomposite can be further recycled and reused in an ecofriendly manner for oil adsorption and recovery. The graphitic sheets selectively absorb a wide range of drilled oils with enhancement of thickness upto 9 folds than the pristine one. Oil can be collected and recovered with high efficiencies once, it gets adsorbed by the adsorbent.

연구 동기 및 목표

• 효율적이고 선택적이며 재사용 가능한 기름 유출 정화 기술의 과제를 해결한다.
• 기존의 기름 흡착 방법의 한계를 2차원 나노재료 설계를 통해 극복한다.
• 간편한 분리 및 재사용이 가능한 자성, 수소친수성/기름친화성 흡착제를 개발한다.
• 수용액 환경에서 점성 있는 원유의 고용량 흡착을 가능하게 한다.
• 재활용성과 환경에 친화운 영향을 고려한 지속 가능한 운영을 확보한다.

제안 방법

• 표면적 향상과 물질 이동을 향상시키기 위해 내재된 다공성 구조를 갖춘 그래피트형 C3N4 나노층을 합성한다.
• 외부 자석 제어를 가능하게 하기 위해 나노층 구조에 자성 FeNi3 나노입자를 통합한다.
• 수소친화성과 기름친화성을 유도하기 위해 표면에 지방산을 기능화한다.
• 구조적 및 기능적 완전성을 확인하기 위해 복합재의 자성 반응, 표면 화학 및 다공성 특성을 특성화한다.
• 실온 조건에서 수-기름 혼합물에서 기름 흡착 용량과 선택성을 평가한다.
• 흡착된 기름을 포함한 복합재의 자성 회수를 실험하고 다중 사이클 동안의 재사용 가능성을 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다공성 2차원 그래피트형 C3N4 나노층에 자성 FeNi3와 지방산 기능화를 적용할 경우 고용량 및 고선택성 기름 흡착이 가능할 수 있는가?
• RQ2 자성 성분이 물에서 흡착제를 빠르고 효율적으로 분리하는 데에 얼마나 기여하는가?
• RQ3 표면 공학 처리가 천연 C3N4에 비해 기름 흡착 용량을 어떻게 향상시키는가?
• RQ4 복합재의 반복적인 기름 흡착 및 자성 회수 사이클에서 재활용성 및 재사용 성능은 어떠한가?
• RQ5 이 시스템은 높은 효율으로 점성 있는 원유를 수중에서 효과적으로 흡착하고 회수할 수 있는가?

주요 결과

• 자성 다공성 그래피트형 C3N4 나노복합재는 천연 C3N4에 비해 최대 9배 높은 기름 흡착 용량을 나타낸다.
• 표면 기능화된 나노층은 강한 수소친화성과 기름친화성을 보이며, 수중에서 기름의 선택적 흡착을 가능하게 한다.
• 자성 FeNi3 나노입자는 외부 자석장을 사용해 기름을 흡착한 복합재를 빠르고 완전하게 물에서 분리시킬 수 있다.
• 흡착제는 수차례 사이클 동안 높은 성능을 유지하며 효과적인 재활용성과 환경에 친화운 재사용 가능성을 입증한다.
• 흡착 후 기름을 효율적으로 수거하고 회수할 수 있으며, 실용적인 기름 유출 정화에 시스템의 타당성을 확인한다.