(Phys.org) - Zwavelverbindingen in petroleumbrandstoffen hebben hun nanogestructureerde match ontmoet. Onderzoekers van de Universiteit van Illinois ontwikkelden matten van metaaloxide-nanovezels die zwavel veel effectiever uit op aardolie gebaseerde brandstoffen schrobben dan traditionele materialen. Een dergelijke efficiëntie kan de kosten verlagen en de prestaties verbeteren voor op brandstof gebaseerde katalyse, geavanceerde energietoepassingen en verwijdering van giftige gassen.

Mede geleid door Mark Shannon, een professor in mechanische wetenschappen en techniek aan de U. of I. tot zijn dood dit najaar, en chemieprofessor Prashant Jain, demonstreerden de onderzoekers hun materiaal in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie .

Zwavelverbindingen in brandstoffen veroorzaken op twee fronten problemen:bij verbranding komen giftige gassen vrij, en ze beschadigen metalen en katalysatoren in motoren en brandstofcellen. Ze worden meestal verwijderd met behulp van een vloeistofbehandeling die de zwavel uit de brandstof adsorbeert, maar het proces is omslachtig en vereist dat de brandstof wordt gekoeld en opnieuw verwarmd, waardoor de brandstof minder energie-efficiënt wordt.

Om deze problemen op te lossen, onderzoekers hebben zich tot vaste metaaloxide-adsorbentia gewend, maar die hebben hun eigen uitdagingen. Terwijl ze werken bij hoge temperaturen, het elimineren van de noodzaak om de brandstof te koelen en opnieuw te verwarmen, hun prestaties worden beperkt door stabiliteitsproblemen. Ze verliezen hun activiteit na slechts enkele gebruikscycli.

Eerdere studies hebben aangetoond dat zwaveladsorptie het beste werkt aan het oppervlak van vaste metaaloxiden, dus afgestudeerde student Mayank Behl, van de groep van Jain, en Junghoon Yeom, toen een postdoctoraal onderzoeker in de groep van Shannon, uiteengezet om een ​​materiaal met een maximaal oppervlak te creëren. De oplossing:kleine korrels zinktitanaat gesponnen tot nanovezels, het verenigen van een groot oppervlak, hoge reactiviteit en structurele integriteit in een hoogwaardig zwaveladsorptiemiddel.

Het nanovezelmateriaal is reactiever dan hetzelfde materiaal in bulkvorm, volledige zwavelverwijdering mogelijk maken met minder materiaal, waardoor een kleinere reactor mogelijk is. Het materiaal blijft na meerdere cycli stabiel en actief. Verder, de vezelachtige structuur verleent het materiaal immuniteit tegen het probleem van sinteren, of klonteren, die andere nanogestructureerde katalysatoren plaagt.

"Onze nanogestructureerde vezels sinteren niet, Jain zei. "De vezelachtige structuur is geschikt voor alle thermofysische veranderingen zonder te resulteren in enige degradatie van het materiaal. In feite, onder bedrijfsomstandigheden, nanotakken groeien uit de oudervezels, vergroting van het oppervlak tijdens bedrijf."

De groep van Jain zal de verbeterde eigenschappen van nanovezelstructuren blijven onderzoeken, in de hoop een atomair begrip te krijgen van wat het materiaal zo effectief maakt.

"We zijn geïnteresseerd in het vinden van de atomaire plaatsen op het oppervlak van het materiaal waar het waterstofsulfide adsorbeert, " zei Jaïn, die ook verbonden is aan het Beckman Institute for Advanced Science and Technology aan de U. of I. "Als we de identiteit van deze sites kunnen weten, we zouden een nog efficiënter adsorberend materiaal kunnen ontwikkelen. Het inzicht op atomaire of nanoschaal dat we uit dit materiaalsysteem halen, kan nuttig zijn om andere katalysatoren te ontwerpen in toepassingen voor hernieuwbare energie en het verwijderen van giftige gassen."