유출된 기름의 액체체를 흡입하고 저장하는 자율 그래핀 용기

Scientific Reports 6권, 기사 번호: 22339(2016) 이 기사 인용

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과학과 기술의 눈부신 발전에도 불구하고 유출된 기름 수집 전략은 1969년 산타바바라 기름 유출 사건 이후 거의 동일하게 유지되었습니다. 여기서 고안된 그래핀 용기는 유출된 기름 수집 전략에 중요하면서도 기본적인 변화를 가져올 수 있습니다. 그래핀 용기를 기름으로 뒤덮인 바닷물 위에 놓으면 외부 전원 입력 없이 그래핀 용기가 기름을 선택적으로 분리한 후, 수집된 기름을 용기에 스스로 모아 저장한다. 모세관 현상과 중력이 함께 작용하여 이 프로토타입 그래핀 용기에 99.9% 이상의 오일 순도와 시간당 20,000리터/제곱미터(LMH) 이상의 속도로 유출된 오일을 채우고 용기가 수두를 견딜 수 있도록 합니다. 0.5m. 이 용기는 화학적 안정성과 재활용성도 뛰어납니다. 유출된 오일과 접촉하면 환원된 그래핀 옥사이드(rGO) 폼 경계면에서 오일 층의 두께보다 훨씬 더 큰 확장된 오일 접촉 영역이 형성됩니다. 이렇게 확장된 접촉 면적은 오일층이 얇아져도 크게 변하지 않습니다. 결과적으로 유출된 기름을 회수하는 과정 전반에 걸쳐 높은 기름 회수율이 유지됩니다.

기름 유출로 인해 바다와 강이 오염되어 심각한 환경 및 생태학적 문제가 발생했습니다1,2,3. 1963년 이후 사고로 인해 약 2,800만 배럴의 기름이 유출되었으며, 산업 발달과 심해 석유 시추로 인해 대규모 기름 유출 사고 가능성이 높아졌습니다. 놀랍게도 2010년 멕시코만의 기름 유출 사고에 사용된 기름 수집 전략은 1969년 이후 과학과 기술의 놀라운 발전에도 불구하고 1969년 산타바바라의 기름 유출 사고와 거의 동일했습니다.

한편, 오일 흡수 또는 오일/물 분리를 위한 오일 제거에 대한 많은 연구가 있었습니다. 오일 흡수를 위해 나노 소재 스폰지는 밀도가 낮고 초소수성으로 인해 광범위하게 사용되었습니다. 환원그래핀옥사이드4,5,6,7,8,9, 탄소나노튜브(CNT)10,11,12, 탄소섬유13 및 폴리머14,15는 스펀지 제조 원료로 주로 활용되어 뛰어난 흡유능력, 효율성 및 재사용 성. 오일/물 분리를 위해 CNT16,17,18, 폴리머19,20,21, 금속 수산화물22 또는 규산염23,24로 만든 초소수성 또는 초친수성 멤브레인과 메쉬를 사용하여 오일/물 분리를 위해 오일이나 물을 선택적으로 통과시켰습니다. 특히, 멤브레인 타입16,17,19,20은 기공 크기가 작아 기름과 물의 에멀전 분리에 효율적이었고, 메쉬 타입21,22,23,24은 기공이 크고 유속이 높았습니다. 최근 유출된 오일의 현장 분리 및 수집을 위해 산화된 구리 메쉬 박스가 제안되었으며, 이후 성능을 향상시키기 위해 메쉬 박스를 팔미트산으로 코팅했습니다.

바닷물에 유출된 기름을 수집하는 데 유용한 계획을 세우려면 여러 가지 조건을 충족해야 합니다. 부양장치는 채집을 위해 바닷물에 넣을 때 출렁이는 바닷물을 견딜 수 있을 만큼 견고해야 하고, 넘어져도 효과가 있어야 합니다. 원유에는 물질을 용해시킬 수 있는 톨루엔 및 기타 탄화수소와 같은 유기 용매가 포함되어 있으므로 사용되는 물질은 화학적으로 안정해야 합니다. 오일을 선택적으로 분리하고 장치에 수집된 오일이 주변 해수와 재혼합되는 것을 방지하기 위해 장치 벽은 수집된 오일의 무게로 잠기고 출렁이는 바닷물에 튀길 때 해수 압력을 견뎌야 합니다.

본 연구에서는 조건을 만족하는 자율 그래핀 용기를 제시합니다. 선박은 외부 전원 입력 없이 해수에서 유출된 기름을 분리하고, 수집된 기름을 선박에 수집하여 저장합니다. 용기를 구성하기 위해 우리는 구리 메쉬에 산화 그래핀(GO) 나노판의 용액으로부터 환원된 산화 그래핀(rGO)을 증착하기 위해 어닐링에 이어 이온 매개 조립 공정을 개발했습니다. 이 그래핀 용기는 본질적으로 밀폐된 빈 용기이며, 선체는 구리 메쉬로 만들어지고 내부와 외부 전체 표면을 rGO 폼으로 코팅합니다. rGO 폼의 무수한 기공은 스펀지와 같은 모세관력으로 유출된 오일을 빠르게 흡입하고, 흡입된 오일은 중력에 의해 용기 내부로 유입됩니다.