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PM2.5 초미세 먼지입자 1차 형성 관련 새로운 메커니즘 규명
등록일2016.02.29 조회수203
첨부파일 PM2.5-1.docx 최근, 중국과학기술대학교 화학·재료과학대학/에너지재료협동센터 청샤오청(曾晓成) 교수가 미국 화학학회 전임회장인 Joseph Francisco 원사가 이끄는 연구팀과 협력하여 대기중 황산수소암모늄의 새로운 형성 메커니즘을 발견하였다. 연구성과는 ‘Journal of the American Chemical Society’ 발표되었고 또한 미국화학학회 ‘C&EN(Chemical & Engineering News)’의 과학분야의 집중뉴스로 선정되었다. 암모니아와 산의 반응으로 생성되는 암모니아 이온과 산기 이온으로 구성된 이온화합물—황산암모늄(황산수소암모늄의 후속물질)과 같은 암모늄염은 PM2.5 초미세 먼지입자의 중요한 구성 성분이다. 일부 과학자들은 이러한 물질이 PM2.5 초미세 먼지입자의 초기 형성에서 중요한 작용을 한다고 본다. 연구팀은 제1원리 분자동역학 시뮬레이션 연구를 통해 최초로 암모니아 가스가 삼산화황과 물의 반응에 직접 참여한다는 것을 발견하였다. 즉, 암모니아 가스 분자와 삼산화황 분자가 워터 클러스터(Water Cluster)에서 자발적 반응을 거쳐 황산수소암모늄을 형성하는 과정을 직접 관측하였다. 암모니아 가스와 삼산화황은 워터 클러스터와 함께 특수한 고리형 구조를 형성하였고 해당 고리형 구조는 물분자중 수소 원자가 암모니아 가스 분자로의 전이를 크게 촉진시켰으며 나아가 암모늄기 이온을 형성하였다. 이와 동시에 수산화기는 삼산화황 분자와 빠르게 결합하여 황산수소기를 형성하였다. 심층 연구에서 확인한 반응경로에 따르면 삼분자 워터 클러스터에서 세번째 물분자는 고리형 구조의 형성을 지지하였고 고리형 구조는 반응 에너지 장벽(화학반응 과정에서 반드시 극복해야 할 에너지의 양—허들경주에서 장애물의 높이에 해당)을 거의 제로까지 낮춤으로써 대기 워터 클러스터에서 황산수소암모늄의 형성 속도를 대폭 증가시켰다. 한편 나노 액적 표면에서도 동일한 반응 메커니즘을 관측하였다. 에너지 장벽이 거의 제로인 새로운 반응 메커니즘의 발견은 암모니아 가스가 대기중 황산수소암모늄과 황산암모늄의 형성에 직접 참여함과 동시에 가속화시킴으로써 대기중 초미세 먼지입자의 형성에 중요한 작용을 한다는 것을 입증한다. 정보출처 : http://www.wokeji.com/kbjh/zxbd_10031/201602/t20160222_2247207.shtml