반도체로 VOC(휘발성유기화합물) 분해
능력, 광촉매의 10배 이상
橫浜國大, 공기청정 시스템 개발
橫浜國立大學의 水口仁 교수 등은 반도체의 열활성을 이용하여 휘발성유기화합물(VOC)와 담배 연기, 디젤 배기가스 등을 분해하는 공기청정 시스템을 개발했다. 350-500℃로 가열한 반도체에 가스를 통과시켜 산소와 물로 분해한다. 반도체를 가열하면 산화력이 증가하는 성질을 이용했다. 광촉매에 비해 10배 이상의 분해 능력이 있다. 앞으로는 실장기술을 가진 기업과 VOC 분해 장치를 만드는 메이커 등과 연대하여 제품화를 추진할 생각이다. 시스템은 지지체에 촉매를 배어들게 한 촉매 유닛과 히터 등으로 구성. 촉매는 산화크롬을 썼다. 히터에 촉매부를 조합한 것을 1유닛으로 하고, 용도와 배기량에 따라 세로와 가로로 연결하여 이용한다. 현재, 유량 2m2와 20m2의 시험기를 만들어 약 10곳에서 실험이용하고 있다.
크기는 2m2 타입이 폭 450mm×깊이 300mm×높이 350mm, 20m2 타입이 폭 700mm×깊이 660mm×높이 1160mm. 또한 엄격해진 환경규제에 대비하여 기업 등에서는 VOC대책을 서두르고 있는데, 종래의 분해기술인 연소법은 장치가 대형이며 고가이므로 중소기업에서는 도입하기 어려우며, 또 광촉매와 같은 신기술은 분해 능력이 작아서 공장에는 채용이 불가능했다는 과제가 있다. 이번에 완성한 시스템은 분해 능력이 높아서 소형에 저가이므로 중소기업에서도 채용하기 쉽다고 한다. 일간공업

포름알데히드
제거장치, 운전비 1/30
NEC계 분해가속기 장비
NEC파시리티즈(東京·港)은 발안성물질인 「포름알데히드」를 효율적으로 분해하는 장치를 개발했다. 독자적으로 개발한 광촉매와 빨아들인 공기 속의 유기물을 분해하기 쉬운 형태로 바꾸는 특수 장치를 도입했다. 장기 이용이 가능하여 종래의 장치 등에 비해 운용비용을 30분의 1로 낮추었다. 대학의 의학연구실과 병원 등에 대해 3년 동안 100대의 판매를 계획하고 있다.
대학의 병리학이나 해부학 등 연구실에서는 표본과 검체(檢體)의 부패방지를 위해 포름알데히드를 포함하는 약품이 사용되는 경우가 많다. 따라서 장기간의 노출이 문제가 되고 있다.
개발한 장치는 공기 중의 포름알데히드를 집기구(集氣口)로 빨아들여 분해가속기라고 부르는 특수 장치로 프리래디컬 등으로 바꾼다. 산화티탄 등의 재료를 독자적으로 배합한 다공질 세라믹스 광촉매와 형광등 등의 광원을 몇 층이나 늘어놓은 곳에 닿으면 물(수증기)과 이산화탄소(CO2)로 분해한다.
해부실 등의 평균적인 포름알데히드 농도인 1~2PPM의 장소에 설치하여 성능을 조사했다. 장치가 공기를 빨아들여서 분해 처리한 공기를 분석한 결과, 포름알데히드는 검출되지 않았다.
활성탄을 사용하는 종래의 제거장치는 활성탄에 흡착한 것을 다시 회수하는 등의 과정이 필요했다. 새로 개발된 장치는 세라믹스 광촉매 판을 물로 씻어내면 반영구적으로 사용할 수 있다고 한다. 가격은 1분에 10m2의 공기를 처리할 수 있는 장치로 약 390만 엔 정도. 활성탄을 사용하는 타입에 비해 높지만 운용비용이 대폭 줄어든다.
세계보건기구(WHO)는 2004년에 포름알데히드가 발암성을 가진 물질이라고 판단. 일본 내에서도 厚生勞動省이 06년도부터 노동자의 건강장해 리스크 평가를 시작했다. 포름알데히드가 1%를 넘게 포함된 제제(製劑) 등을 사용할 경우에는 작업환경측정에서 공기 중의 농도를 0.1PPM이하로 낮추도록 지도하고 있다. 일경산업

루테늄 나노 클러스터의 안정화를 통한 새로운 이질 촉매의 개발
나노지올라이트 구조(nanozeolite framework)에서 루테늄(ruthenium) 나노 클러스터를 안정화시킴으로써 터키, 앙카라의 중동 기술대(Middle East Technical University)의 화학자들이 25℃의 온도와 3기압의 수소를 이용한 평범한 조건하에서 방향족(aromatics)들의 수소화에서 뛰어난 반응성, 선택성 등을 보여주는 이질(heterogeneous) 촉매를 개발했다고 최근 보고했다[J. Am. Chem. Soc., DOI: 10.1021/ja101602d].
이러한 방법으로 개발된 촉매는 깨끗한 방향족들 사이에서 작용되기 때문에 사실상 용매를 필요로 하는 촉매라기보다는 친환경 수소의 생산을 가능하게 하는 특성을 지니고 있다고 이번 연구를 수행한 Mehmet Zahmakiran, Yalcin Tonbul와 Saim Ozkar 등이 말했다. 연구팀은 루테늄(ruthenium)과 이온 교환반응을 일으키는 콜로이드 형태의 나노지올라이트 구조(nanozeolite framework)에서 보로하이드리드 환원(borohydride reduction) 반응을 통해 촉매를 만들 수 있었다. 이들 촉매의 성질을 분석하던 도중, 연구진은 시클로 핵산(cyclohexane)으로 벤젠 수소 생산(benzene hydrogenation)이 일어나고 있는 도중, 이 촉매가 완전하게 반응성을 잃게되기 전까지 105시간 동안 177,200번의 턴오버(turnover)를 겪는다는 사실을 관찰할 수 있었다.
이러한 수치는 이전에 알려져 왔던 이 반응에 대한 전체 턴오버 수치에 비해 70배나 큰 것이다. 벤젠의 첨가에서, 이 촉매는 톨루엔(toluene), o-자일렌(xylene), 메시틸렌(mesitylene)과 같은 치환된 형태의 방향족 원소들과 잘 반응했다. 더구나, 그 촉매는 분리가 가능하고 병에 보관할 수 있으며 재사용이 가능해 많은 다른 수소 생산 촉매들에 비해 훨씬 뛰어난 특성을 지니고 있다고 연구진은 보고했다.
여기서 발표된 연구 결과는 다음과 같은 내용을 포함하고 있다.
1) 나노지올라이트 구조(nanozeolite framework)에 의해 안정화된 루테늄(ruthenium) 나노 클러스터와 루테늄 교환 나노지올라이트 등의 원적외선(far-infrared spectroscopic) 연구는 나노지올라이트 구조(nanozeolite framework)가 생성된 뒤에도 원래의 구조가 그대로 유지되고 있음을 보여주고 있다. 2) 루테늄(ruthenium) 나노 클러스터가 외부 나노지올라이트의 표면 위에 갇히게 되는지를 알아보기 위해 수행된 tricyclohexylphosphine (P(C6H11)3)와 4-ethyl-2,6,7-trioxa-1-phosphabicyclo[2.2.2]octane PC6H11O3의 첨가 실험 결과들이 제시되고 있다. 3)개발된 촉매의 “그린 화학(green chemistry)”에의 적용 가능성, 4)벤젠 수소 생산에 관한 리뷰 등이 보고되고 있다. GTB

양자 컴퓨터의 구현
최근 전자가 한번에 두 장소에서 존재하는 특성이 가장 일반적인 전자 재료인 실리콘에서 조절될 수 있다. Natrue에 보고된 이러한 결과는 양자 컴퓨터의 구현 가능성을 보다 진일보시키는 계기를 형성할 것으로 기대를 모은다. 연구진은 일반적인 컴퓨터 칩의 재료인 실리콘을 이용하여 동시에 살아 있으면서 죽어 있는 역설적인 슈뢰딩거 고양이(Schrodinger`s cat)를 제조할 수 있었다.
이번 연구 결과는 현대 전자산업의 혁신이며, 미래를 위한 막대한 잠재성을 갖는다고 연구진은 말한다. 레이저는 컴퓨터간 처리된 정보의 이동 기술에 있어 파급 효과가 점점 증가되고 있으며, 이러한 발전은 컴퓨터 내에서 정보를 처리할 수 있는 잠재성으로 연결된다. 이번 연구에서 연구진은 원적외선의 고강도 펄스를 이용하여 실리콘내에서 궤도를 돌고 있는 전자를 한번에 두 상태, 소위 양자 중첩 상태(quantum superposition state)에 주입할 수 있었다. 이후 그들은 중첩이 형성된 후 정의된 시간에 전자가 빛을 분출하도록 중첩 상태를 조절할 수 있었다. 빛의 분출은 광자 메아리로 불리는데, 이러한 결과의 관찰은 원자의 양자 상태가 완벽히 조절될 수 있음을 시사하는 대목이다. 실리콘 기반의 양자 컴퓨터 개발은 아직은 초기 단계이다. 양자 컴퓨터는 기존 컴퓨터보다 여러 문제들을 보다 효율적으로 해결할 수 있으며, 기존 코드를 파괴하고 파괴할 수 없는 코드를 신속하게 생성하기 때문에 보안 관련하여 특히 유용하다. 차세대 디바이스는 이러한 중첩을 이용하여 양자 계산을 수행할 것이라고 연구진은 예상하고 있다. 한편 이번 연구 결과에 따르면 저온 원자 덫(cold atom traps)으로 불리는 매우 복잡한 장치에서 원자 물리학자들에 의해 이미 입증된 몇몇 양자 장치가 보다 일반적으로 사용되고 있는 실리콘에서 구현될 수 있음을 나타낸다.
금번 보고된 실험 결과는 학계뿐 아니라 산업계에서도 모두 중요한 의미를 갖고 있다. 실리콘은 화학 및 전기적인 방법을 통해 전기 전도도가 조절될 수 있는 우수한 능력을 갖고 있기 때문에 가장 중요한 무기 결정 고체로 자리매김하고 있다. 따라서, 실리콘에서도 양자 중첩이 조절될 수 있다는 이번 연구 결과는 기존의 실리콘 인프라를 지속적으로 활용할 수 있다는 점에서 큰 의의를 갖는다. GTB