나노기술 및 정책 정보

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● 중국 상하이자오퉁대학교 냉동 및 저온 공정 연구소 왕루주 교수 연구팀은 흡착 소재 개발과 합성, 소재 및 디바이스 열 및 물질 전도 향상, 공기 속 물 취득 장치 순환 작업 전략 설계 등 여러 방향에서 공기 속 물 취득에 대해 전면적인 혁신 및 성능 향상을 추진

● 연구팀은 수직으로 배열된 그래핀-하이드로겔 복합 흡착 소재(LiCl@rGO-SA)를 개발하고, 신속하고 연속적으로 순환할 수 있는 공기 속 물 취득 장치를 설계 및 개발한 동시에 흡착 소재와 물 취득 장치에 대한 개발을 통해 태양열로 구동하여 공기 속에서 물을 취득하는데 성공

● 매트릭스 소재(Matrix material)의 높은 기공 부피는 더 높은 비율의 소금을 적재하여 우수한 흡측 용량을 보이며, 다공성 매트릭스의 높은 공극률과 높은 구멍 체적으로 인해 10% 질량 농도의 LiCl 용액에 담그고 제조한 LiCl@rGO-SA는 매우 높은 소금 적쟈량(78wt%)을 보유하고 있으며, 15%RH와 30%RH의 저습도에서도 1.01g/g과 1.52g/g에 달하는 흡착량을 실현하는 동시에 양호한 순환 작업 안정성을 보유

● 연구팀은 대류(對流)를 도입하여 물 분자가 환경에서 흡착제 구멍으로 전송되는 전도 속도를 향상시키고, 다른 한편으로는 흡착제 흡착으로 인해 발생하는 흡착열을 이용하여 흡착제의 흡착 속도를 추진하는 동시에 응축기를 통해 수증기가 방출하는 냉응열(冷凝熱)을 이용하여 공기 속 물 취득 장치의 열 및 물질 전도 협동 강화를 실현

● 연구팀이 개발한 장치는 하루 8회의 흡착-탈착을 통해 취득한 물 순환을 실현할 수 있는 것으로 나타났으며, 실내 환경에서 태양열을 이용한 물 취득량은 2120mLwater/kgsorbent/day에 달하고, 고온 외부 환경에서도 1050mLwater/kgsorbent/day의 물 취득량을 실현

※ 용어설명

- 그래핀(graphene, 石墨烯): 탄소 원자를 안정적으로 펼친 구조로, 두께는 0.2nm(나노미터)인 단층으로 구성되어 매우 얇지만, 전기전도도는 높은 신소재 

- 하이드로겔(hydrogel, 水凝胶): 물을 분산매로 하는 겔 

※ Energy & Environmental Science 게재(2021.09.28.), “Ultrahigh solar-driven atmospheric water production enabled by scalable rapid-cycling water harvester with vertically aligned nanocomposite sorbent”