나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 수토(水土) 유지 연구소 서댜오(佘雕), 정지융(鄭紀勇) 연구원 연구팀은 최근 관련 연구를 통해 생태환경 퇴치에 필요한 신소재를 개발하여, 수토 환경오염에 대한 예방 퇴치용으로 혁신성과를 취득함.

연구팀은 이번 연구를 통해 토양, 물, 비옥도 보호 및 수토 오염을 예방 퇴치하는 역할을 발휘할 수 있는 고성능 탄소 베이스 흡착제, 생물 분해 복합 필름 등 생태환경 퇴치에 필요한 신소재를 개발하고, 토양학, 수토 유지학, 생태학, 소재 화학 등 학제간 융합을 추진하고 중국 생태 환경의 고품질 발전 연구와 실천을 위해 유익한 탐색 작업을 실행하였음.

연구팀은 이번 연구를 통해 고성능 탄소 베이스 흡착제를 개발하였으며, 표면 활성제 첨가와 포러스를 조성하는 기술을 결합시켜 높은 비표면적을 가지는 "벌집 모양"의 고성능 탄소 베이스 흡착제를 개발하였는데 Cr(VI)에 대한 흡착 량이 332.53mg/g에 이르고, 7회에 달하는 흡착-탈착을 실행한 후에도 최초 흡착 량의 90%에 이르는 흡착 용량을 보유하고 있는 것으로 나타났으며, 공법 개선을 실행한 후 Cr(VI)에 대한 흡착 량을 402.9mg/g까지 증가시키며, 흡착 성능은 동일 유형 소재보다 뚜렷이 우수한 것으로 나타났음.

연구팀은 X-레이 광전자 에너지 스펙트럼(XPS)과 프리에 변환 적외선 광 스펙트럼(FT-IR) 등 분석 수단을 이용하고 등온(等溫) 흡착과 동력학 흡착 모델을 결합하여 흡착제의 인산염에 대한 흡착 메커니즘 및 결합물 흡착 형태를 해석하였음. 연구팀은 이번 연구개발을 통해 오염된 물과 토양 속의 인산염 오염을 예방 퇴치하고 흡착제의 회수 및 재활용을 추진하는 측면에서 당면한 난제 해결을 위해 새로운 아이디어와 기술을 제공하였음.

연구팀이 개발한 흡착제 제조 공법은 간단하고, 원가가 저렴하며, 성능이 우수하고, 환경 친화적이기 때문에 공업 분야에서 높은 흡착 용량, 높은 재생 가능성을 보유한 탄소 베이스 흡착제 제조를 통해 환경 친화적이고 효율적인 아이디어와 방법을 제공하였음. 중국의 황토고원(黃土高原) 에너지 구역, 광산 구역 수토 환경오염에 대한 예방 퇴치, 토지 회복과 생태 회복을 위해 새로운 이론 및 기술 지원을 제공하였으며, 연구팀인 취득한 혁신성과는 폭넓고 밝은 응용 전망을 보유하고 있음.

연구팀은 이번 연구를 통해 바이오 분해 복합 필름을 개발하였는데 연구팀은 농림(農林) 제품 폐기물을 원자재로 사용하여 양호한 인장 강도, 전단 인장 비율, 열 안정성과 차단 성능을 보유하고 있는 바이오 분해 복합 필름을 개발하였음. 동 필름은 현재 농업용 화이트 농경지 용 필름 대체 제품으로 사용할 수 있는 것으로 나타났으며, 연구팀이 취득한 연구 성과는 바이오매스 전환 이용 및 환경 친화적인 필름 소재 연구개발을 위해 새로운 아이디어와 신기술을 제공하고 있으며, 동 연구개발 성과는 백색 오염에 대한 예방 퇴치를 추진하는 면에서 중요한 의미를 보유하고 있음.

연구팀은 이번 연구를 실행하는 과정에서 리그닌(Lignin) 베이스 보수제(保水劑)를 개발하였는데 연구팀은 제지공업 폐기물인 리그닌을 원자재로 사용하고 액체 위상 커플링 중합 방법을 이용하여 신형 바이오매스 베이스 보수제인 리그닌 베이스 하이드로겔(hydrogel)을 합성하였음. 전통적으로 사용하는 아크릴아미드(acrylamide)에 비해 연구팀이 개발한 신형 보수제는 환경 친화적이고, 분해 가능하고, 보수(保水) 및 비옥도 보호 특징을 보유하고 있을 뿐만 아니라 유지한 수분은 대부분 효과적인 수준에 속하는 등 강점을 보유하고 있음.

연구팀이 개발한 소재는 토양으로 하여금 유효 수분 함유량을 뚜렷이 증가시킬 수 있도록 하며, 토양으로 하여금 영양분 유지 능력을 증가시킬 수 있도록 하며, 극단적인 가뭄 조건에서 연구팀이 개발한 보수제는 작물 성장 시간을 10-14일 간 연장시킬 수 있기 때문에 가뭄지역 농업의 환경 친화적인 재배를 위해 신소재를 제공하였으며, 연구팀의 연구개발 성과는 가뭄 및 반(半) 가뭄 지역에서 폭넓은 응용 전망을 보유하고 있음.

연구팀은 이번 연구를 수행하는 과정에서 리그닌에 기반 한 질소 비료를 서서히 방출하는 기술을 개발하였는데 동 기술은 공업 알칼리 리그닌을 원자재로 사용하여 질소 함유량이 10.13%에 달하는 리그닌 베이스 질소 비료를 서서히 방출할 수 있도록 하는 기술에 속함. 연구팀은 관련 실험을 통해 리그닌 베이스의 질소 비료를 서서히 방출하는 대부분의 영양 성분은 28일 후 점차 방출되며, 서서히 방출되는 효과가 뚜렷하기 때문에 비료를 서서히 방출하는 신기술 응용을 위하여 새로운 루트를 개척하였으며, 동 기술의 응용은 영양 성분 손실을 감소시키고 비료 사용 횟수를 감소시키고 비료 이용 비율을 향상시키는 면에서 중요한 의미를 가지고 있음.

본 연구 성과는 ‘International Journal of Biological Macromolecules’ ("Amination of biorefinery technical lignin by Mannich reaction for preparing highly efficient nitrogenfertilizer") 지에 게재됨.