'친환경' 전자제품을 위한 레시피? 섭씨 0도에서 화산 H2O를 저어주세요

Nick_Pandevonium/iStock

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전기 부품을 생산하는 방법을 생각할 때 물은 원자재 목록의 첫 번째 항목이 아닐 수도 있습니다. 그러나 최근 Water Chemistry and Technology에 발표된 연구에 따르면 쓰쿠바 대학의 연구자들은 화산 샘물을 사용하여 많은 현대 기술의 핵심 성분인 플라스틱을 개발하는 데 도움을 주었습니다.

이 연구는 수많은 소비재 및 산업용 제품 제조의 지속 가능성을 크게 향상시킬 수 있습니다.

많은 현대 기술에서 플라스틱(폴리아닐린(PANI))은 전자 부품을 함께 고정합니다.

PANI는 이 용도와 기타 용도로 매년 수백만 평방미터에 사용됩니다. 따라서 환경친화적인 용제를 사용하여 생산하는 것은 분명한 장점이 있습니다.

오늘날 PANI를 생성하는 데 사용할 수 있는 수많은 용매가 있습니다. 그러나 대부분은 독성이 있으며 잉크젯 인쇄와 같은 표준 대량 생산 장치 제조 절차와 호환되지 않습니다.

"우리는 최근 폴리아닐린을 제조하기 위해 소량의 요오드 첨가제와 함께 에탄올을 사용하는 것을 보고했습니다"라고 수석 저자인 Hiromasa Goto 교수는 보도 자료에서 말했습니다.

"그럼에도 불구하고 물은 궁극적으로 환경 친화적인 용매이므로 훨씬 더 나은 선택이 될 것입니다."

그는 아닐린이 종종 산과 산화제를 사용하여 PANI로 전환되기 때문에 순수한 물은 효과가 없을 것이라고 말했습니다. 그러나 화산천수에는 황산염과 다량의 미네랄 이온이 실제로 중합에 적합합니다. 연구의 목표는 이 아이디어를 조사하는 것이었습니다.

연구진은 혼합물을 섭씨 0도에서 밤새 저어주기만 하면 PANI, 나노 규모 PANI 입자 및 PANI/실크 복합재를 만들 수 있었습니다. 그들은 PANI의 전도성을 높이고 전도성이 미량 미네랄에서 나오는 것이 아니라는 것을 확인했습니다.

고토 교수는 “주사전자현미경으로 보면 제작된 실크 직물의 각 실이 PANI로 코팅되어 있고 섬유의 모양이 변하지 않은 것으로 나타났습니다.”라고 설명했습니다.

"그래서 우리는 전기를 전도할 수 있는 직물을 준비하는 간단한 방법을 개발했습니다."

이러한 PANI 복합재는 더 많은 잠재적인 용도를 가지고 있습니다. 예를 들어, 연구자들은 PANI를 주입한 여과지를 사용하여 물 샘플에서 미량 요오드의 약 75%를 제거했습니다.

이러한 노력으로 저온의 화산천수에서 PANI를 성공적으로 제조했는데, 이는 아마도 가장 환경 친화적인 방법 중 하나일 것입니다.

팀은 이 합성을 위한 이상적인 미네랄 함량, pH 및 황산염 농도를 찾는 것이 간단할 것이며 모든 공급원의 물이 PANI 생산에 실행 가능한 용매가 될 수 있다고 주장했습니다.

궁극적으로 그들은 PANI의 전자제품 합성이 오일 폐기물을 생성하지 않고 가연성 위험이 없기 때문에 녹색 화학의 정점으로 간주될 수 있다고 믿습니다.

전체 연구는 3월 17일 Water Chemistry and Technology에 게재되었으며 여기에서 확인할 수 있습니다.

연구 개요:

지열수는 지하에서 솟아나오는 풍부한 자원으로 많은 미네랄이나 이온을 함유하고 있습니다. 지열수는 아직 산업용으로 활용되지 않았습니다. 본 연구에서는 천연샘물에서 폴리아닐린과 폴리아닐린/섬유 복합체의 합성을 수행하였다. 아닐린염은 황산이온을 함유한 지열수와 아닐린을 혼합하여 제조할 수 있습니다. 제품의 화학 구조는 적외선 및 UV-Vis 분광학으로 평가되었습니다. 폴리아닐린의 벤젠노이드 및 퀴노노이드 구조 모두에서 파생된 푸리에 변환 적외선 신호가 관찰되었습니다. 폴리아닐린의 UV-Vis 스펙트럼은 N-메틸-2-피롤리돈에서 측정되었습니다. 주쇄의 π-π* 전이, 폴리아닐린의 폴라론(라디칼 양이온) 및 바이폴라론(디케이션)과 같은 도핑 밴드의 UV-Vis 신호가 관찰되었습니다. 전도도는 4-프로브 방법으로 측정되었습니다. 아닐린의 중합에 낮은 pH의 지열수를 사용하면 높은 전도도를 얻을 수 있습니다. 중합 개시제로서 반응에서 과황산암모늄의 양에 따라 전도도가 더욱 증가했습니다. 폴리아닐린/섬유 복합체의 표면 구조를 주사전자현미경으로 관찰하였다. 실크 섬유의 구조는 복합재료 합성 후에도 정확하게 유지되었습니다. 지열수의 전도성 고분자인 폴리아닐린의 일련의 합성에는 황산을 첨가할 필요가 없습니다. 이 간단한 합성 방법은 고분자 합성과 지질학의 통합으로 이어질 수 있습니다.