나노기술 및 정책 정보

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막 분리 기술은 인간의 삶에 중요해졌으며 정수보다 더 좋은 예는 없을 것임. 물 부족이 점점 더 흔해지고 지역 사회에 값싼 물이 부족하기 시작하면서 바닷물과 염분이 포함된 물 공급원에서 정수하여 나온 담수로 공급을 보충해야함.

로렌스 리버모아 국립연구소(Lawrence Livermore National Laboratory) 연구팀이 상업용 담수화 멤브레인과 비교할 수 있을 만큼 물에서 염분을 제거하는 데 매우 효율적인 탄소나노튜브(CNT) 구멍을 만들어냈음. 이 작은 구멍은 지름이 0.8 나노미터(nm)에 불과함. 물에서 염분을 제거하는 주요 기술인 역삼투는 박막복합(TFC)막을 사용하여 공급되는 식염수에 존재하는 이온을 물에서 분리함. 그러나 몇 가지 근본적인 성능 문제가 남아 있음. 예를 들어, TFC 멤브레인은 투과성-선택성 사이의 절충에 제약을 받으며 종종 일부 이온 및 미량 미세 오염 물질의 제거가 불충분하여 에너지와 비용을 증가시키는 추가 정제 단계가 필요함. 아쿠아포린이라고도 하는 생물학적 수로는 향상된 성능을 제공할 수 있는 구조에 대한 청사진을 제공함. 그들은 물을 단일 파일 구성으로 압축하는 매우 좁은 내부 기공을 가지고 있어 매우 높은 물 투과성을 가능하게하며 각 기공을 통해 초당 10 억개의 물 분자를 전송할 수 있음. 연구팀은 탄소나노튜브가 가장 유망한 생물학적 수로의 스캐폴드 구조와 유사하게 내부 표면이 매끄러워 물 마찰이 낮기 때문에 인공 수로로 활용할 수 있음을 파악하였음. 연구팀은 아쿠아포린 채널 기능과 채널 내 단일 파일 물 배열을 모방하는 인공 물 채널을 형성하는 생체 모방 막에 자체 삽입되는 CNT의 짧은 부분인 CNT 포린(CNTP)을 개발했음. 그런 다음 연구원들은 형광 기반 분석을 사용하여 0.8nm 직경의 CNTP를 통해 물과 염화물 이온 수송을 측정했음. 지질막에서 CNT 기공을 사용하는 컴퓨터 시뮬레이션 및 실험은 탄소나노튜브의 내부 채널을 통해 향상된 흐름과 강력한 이온 제거 메커니즘을 보여주었음.

본 연구 성과는 ‘Science Advances’ ("Water-ion permselectivity of narrow-diameter carbon nanotubes") 지에 게재됨