나노기술 및 정책 정보

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그래핀은 물에서 오염 물질을 제거하는 데 탁월하지만 아직 이 놀라운 물질을 상업적으로 사용할 수 있는 것은 아님.

최근 미국 버팔로 대학의 연구진은 3D 프린팅 그래핀 에어로겔의 새로운 공정 개발을 통해 확장성과 반복 사용에 충분히 안정적인 재료를 만들어 수처리를 위한 두 가지 주요 장애물을 극복함.

연구 목표는 문제가 되는 화학 잔류물을 방출하지 않고 물에서 오염 물질을 안전하게 제거하는 것이며, 개발된 에어로젤은 수처리 시스템에 넣을 때 구조를 유지하며 다양한 수처리 응용 분야에 적용할 수 있음.

에어로젤은 젤의 액체를 기체로 대체하여 생성된 고체가 원본과 동일한 크기가 되도록 만들어지는 가볍고 다공성이 높은 고체임. 구조적 구성이 스티로폼과 유사함. 매우 다공성이고 가볍지만 강력하고 탄력적임.

그래핀은 원소 탄소에 의해 형성된 나노물질로, 반복되는 육각형 격자에 배열된 탄소 원자의 단일 평면 시트로 구성됨.

연구진은 그래핀에 두 가지 생체에서 영감을 받은 폴리머, 즉 폴리 도파민(홍합의 접착 분비물과 유사한 합성 물질, 종종 PDA라고도 함)과 소 혈청 알부민(소에서 추출한 단백질)을 추가함.

테스트에서 개발된 에어로젤은 식수 시스템에서 납 및 크롬과 같은 특정 중금속을 제거함. 또한 양이온성 메틸렌 블루 및 음이온성 에반스 블루와 같은 유기 염료와 헥산, 헵탄 및 톨루엔과 같은 유기 용매를 제거함.

에어로젤의 재사용 가능성을 입증하기 위해 연구진은 에어로젤을 통해 10회 유기 용매를 사용했고, 매번 용매를 100% 제거했음. 연구진은 또한 세 번째 사이클 이후에 에어로젤의 메틸렌 블루 포획 능력이 2~20% 감소한 것을 발견함.

에어로젤은 크기도 확장될 수 있는데, 나노시트와 달리 에어로젤은 더 큰 크기로 인쇄될 수 있기 때문임. 이것은 대규모 생산에 내재된 이전의 문제를 제거하고 폐수 처리 공장과 같은 대규모 시설에서 사용할 수 있는 공정을 만들 수 있음. 에어로젤을 물에서 제거하고 다른 위치에서 재사용 할 수 있으며 물에 어떤 종류의 잔류물도 남기지 않음.

이러한 에어로젤을 사용하여 그래핀 입자뿐만 아니라 촉매 역할을 할 수 있는 나노금속 입자도 포함할 수 있음. 향후 목표는 이러한 에어로젤의 벽과 표면에 나노금속 입자가 박혀 있고 생물학적 오염 물질뿐만 아니라 화학적 오염 물질도 분해하거나 파괴할 수 있게 하는 것임.

개발된 그래핀 에어로젤은 현재 특허 출원 중이며 이 공정을 상용화할 산업 파트너를 찾고 있음.

본 연구 성과는 Environmental Science: Nano ("3D printed graphene-biopolymer aerogels for water contaminant removal: a proof of concept")에 게재됨.