(Phys.org) —Los compuestos de azufre en los combustibles derivados del petróleo han encontrado su compatibilidad nanoestructurada. Investigadores de la Universidad de Illinois desarrollaron capas de nanofibras de óxido metálico que eliminan el azufre de los combustibles derivados del petróleo de manera mucho más eficaz que los materiales tradicionales. Dicha eficiencia podría reducir los costos y mejorar el rendimiento de la catálisis a base de combustible. aplicaciones avanzadas de energía y eliminación de gases tóxicos.

Codirigido por Mark Shannon, profesor de ciencias mecánicas e ingeniería en la U. de I. hasta su muerte este otoño, y el profesor de química Prashant Jain, los investigadores demostraron su material en la revista Nanotecnología de la naturaleza .

Los compuestos de azufre en los combustibles causan problemas en dos frentes:liberan gases tóxicos durante la combustión, y dañan metales y catalizadores en motores y pilas de combustible. Por lo general, se eliminan mediante un tratamiento líquido que adsorbe el azufre del combustible. pero el proceso es engorroso y requiere que el combustible se enfríe y se recaliente, haciendo que el combustible sea menos eficiente energéticamente.

Para solucionar estos problemas, los investigadores han recurrido a adsorbentes de óxidos metálicos sólidos, pero esos tienen sus propios desafíos. Mientras trabajan a altas temperaturas, eliminando la necesidad de enfriar y recalentar el combustible, su desempeño está limitado por problemas de estabilidad. Pierden su actividad después de solo unos pocos ciclos de uso.

Estudios anteriores encontraron que la adsorción de azufre funciona mejor en la superficie de óxidos metálicos sólidos, así que el estudiante de posgrado Mayank Behl, del grupo de Jain, y Junghoon Yeom, luego investigador postdoctoral en el grupo de Shannon, se propuso crear un material con la máxima superficie. La solución:pequeños granos de titanato de zinc convertidos en nanofibras, uniendo una gran superficie, alta reactividad e integridad estructural en un adsorbente de azufre de alto rendimiento.

El material de nanofibras es más reactivo que el mismo material a granel, permitiendo la eliminación completa de azufre con menos material, permitiendo un reactor más pequeño. El material permanece estable y activo después de varios ciclos. Es más, la estructura fibrosa otorga inmunidad al material frente al problema de la sinterización, o aglutinando, que afecta a otros catalizadores nanoestructurados.

"Nuestras fibras nanoestructuradas no se sinterizan, "Dijo Jain." La estructura fibrosa acomoda cualquier cambio termofísico sin resultar en ninguna degradación del material. De hecho, en condiciones de funcionamiento, las nanoramas crecen a partir de las fibras madre, mejorando la superficie durante la operación ".

El grupo de Jain continuará investigando las propiedades mejoradas de las estructuras de nanofibras, con la esperanza de obtener una comprensión a nivel atómico de lo que hace que el material sea tan eficaz.

"Estamos interesados ​​en conocer los sitios atómicos en la superficie del material donde se adsorbe el sulfuro de hidrógeno, "dijo Jain, quien también está afiliado al Instituto Beckman de Ciencia y Tecnología Avanzadas en la U. de I. "Si podemos conocer la identidad de estos sitios, podríamos diseñar un material adsorbente aún más eficiente. La información atómica o a nanoescala que obtenemos de este sistema de materiales podría ser útil para diseñar otros catalizadores en aplicaciones de energía renovable y eliminación de gases tóxicos ".