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Aug 15, 2023

"분자를 위한 커피 필터"의 도움으로 기후 변화에 대처하다

Luis Francisco Villalobos는 USC Viterbi에 합류하여 에너지 전환 및 물 여과를 위한 분리 기술에 대한 전문 지식을 제공합니다. Luis Francisco Villalobos는 원자 두께의 나노다공성을 만들고 있습니다.

Luis Francisco Villalobos는 USC Viterbi에 합류하여 에너지 전환 및 물 여과를 위한 분리 기술에 대한 전문 지식을 제공합니다.

루이스 프란시스코 빌라로보스(Luis Francisco Villalobos)는 정밀한 육각형 구조를 가진 초박형 탄소층인 그래핀 격자 층에 기공을 식각하여 원자 두께의 나노다공성 분자 필터를 만들고 있습니다. 이미지/Joseph G. Manion 및 Luis Francisco Villalobos.

분리 기술은 우리 중 많은 사람들이 하루를 살아가는 데 필요한 것입니다. 매일 아침 우리의 믿을 수 있는 커피 필터는 마법을 발휘하여 커피 분쇄물을 분리하고 물을 우리가 기능하는 데 필요한 충분한 양의 액체 에너지로 변환합니다.

Luis Francisco Villalobos는 에너지 효율적인 재료로 만든 고급 막을 사용하여 원자 규모에서 이 공정을 어떻게 활용할 수 있는지에 관심이 있습니다. 이러한 최첨단 멤브레인은 식수 공급을 확보하고 폐기물에서 귀중한 요소를 포착하며 청정 에너지로의 전환을 돕습니다.

1월에 그는 Mork Family 화학 공학 및 재료 과학과에 조교수로 합류하여 물 여과 및 탄소 포집과 같은 오염 완화 기술을 지원하기 위한 분리 기술 분야의 역량을 강화합니다.

Villalobos는 화학 산업에서 소비되는 에너지의 절반이 산업 분리 공정에 사용된다고 말했습니다.

"내 개인적인 견해로는 물, 리튬, 니켈 및 기타 금속과 같은 중요한 물질이 더 나은 분리 기술이 필요한 수준으로 스트레스를 받아 회수를 극대화할 수 있기 때문에 이 숫자는 증가할 뿐이라는 것입니다."라고 그는 말했습니다.

Villalobos는 에너지 효율적이고 모듈식 분리 공정을 만들기 위해 고도로 제어된 재료 특성을 갖춘 초박막 멤브레인을 개발함으로써 이러한 탄소 집약적인 추세를 뒤집기를 희망합니다.

“이것은 커피 필터와 같습니다. 필터는 물을 통과시키지만 커피 알갱이는 그대로 유지합니다. 이것이 우리가 볼 수 있는 분리입니다. 그러나 제가 목표로 삼고 있는 분리는 분자 수준에서 이루어집니다. 즉 스트림에서 한 분자를 다른 분자로부터 분리하는 것입니다.”라고 Villalobos는 말했습니다.

분자 규모 분리의 가장 일반적인 산업적 응용 중 하나는 담수화 및 여과에 사용되는 역삼투막입니다. Villalobos는 탄소 포집 및 저장은 물론 염수, 광산 찌꺼기, 생성된 물(지구에서 폐기물로 나오는 자연 발생 식염수)과 같은 폐액에서 귀중한 물질을 회수하는 기술을 개발하고 있습니다. 석유 및 가스 생산에서 나오는 제품.

Villalobos는 “우리는 폐기물 흐름을 수집하여 그 속에서 가치 있는 것을 추출함으로써 시간이 지남에 따라 점점 부족해지는 자원의 가용성을 향상시킬 수 있습니다.”라고 말했습니다.

폐기물에서 사용할 수 있는 제품의 주요 사례 중 하나는 리튬입니다. 리튬은 전자 제품 및 배터리 저장에 점점 더 중요한 재료입니다. 리튬은 바다에 풍부하지만 에너지 효율적인 방법으로 추출하기가 매우 어렵습니다.

Villalobos는 “우리는 알려진 공급원에서 리튬을 추출하는 더 나은 방법을 찾아야 할 뿐만 아니라 전통적으로 리튬을 추출하지 않는 다른 공급원도 찾아야 합니다.”라고 말했습니다. “생산된 물은 석유 저장소에서 나오므로 이를 이용하여 뭔가 조치를 취해야 합니다. 지구의 암석을 통과하면서 리튬을 포함한 많은 금속이 들어있습니다. 이것이 하나의 잠재적인 소스입니다.”

Mork Family 화학 공학 및 재료 과학과 조교수 Luis Francisco Villalobos.

빌라로보스가 개발 중인 최첨단 멤브레인 기술은 원자 두께의 나노다공성 분자필터로 알려져 있다. 그는 육각형 패턴으로 완벽하게 배열된 단일 원자 두께의 탄소 층인 그래핀을 사용하여 작업합니다. 순수한 그래핀 층은 분자가 통과할 수 없는 매우 단단한 원자 구조를 가지고 있습니다.

"그러나 이러한 원자 두께의 물질에 정밀한 구멍을 많이 뚫을 수 있다면 매우 에너지 효율적인 막을 만들 수 있습니다."라고 Villalobos는 말했습니다. “일반적으로 막의 한 쪽에서 다른 쪽으로 분자를 이동시키는 데 필요한 에너지는 막의 두께에 비례합니다. 이 재료는 가능한 한 얇습니다.”