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1급 발암물질 '6가 크롬' 제거가능한 나노 입자 합성법 개발 성공
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1급 발암물질 '6가 크롬' 제거가능한 나노 입자 합성법 개발 성공
  • 심성필 기자
  • 승인 2020.04.14 13:08
  • 댓글 0
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부산대 화학공학 고분자공학과 정성욱 교수 연구팀
세계적인 자연과학 전문지 네이처, 사이언티픽 리포트에 발표
'6가 크롬', 폐암·신장암·기관지암 등 일으키는 매우 유독한 발암물질
실리카(이산화규소)를 사용해 친환경적, 간편
부산대 장은혜 대학원생과 정성욱 교수.
부산대 장은혜 대학원생과 정성욱 교수./사진=부산대 

부산대 연구진이 이산화규소를 나노 입자로 합성해 1급 발암물질인 '6가 크롬'을 친환경적으로 간편하게 흡착시키는 기술을 개발했다. 

14일 부산대 화학공학 고분자공학과 정성욱 교수 연구팀이 독성물질인 '6가 크롬'을 제거할 수 있는 다공성 실리카 나노 입자의 합성 방법을 개발하는데 성공했다고 밝혔다. 

이것은 친환경적이면서도 간편한 신기술로 나노 소재 기반의 고효율 흡착제 개발 가능성을 시사한다고 연구팀은 밝혔다. 

크롬은 산업적으로 가장 많이 사용되는 금속 원소 중 하나로 내열성, 내부식성, 전기 저항성 등이 강해 전기 도금과 염색, 페인트, 금속 마감, 가죽 태닝, 사진 및 섬유 산업 등 많은 분야에 이용되고 있는 물질이다. 

비정질 실리카 나노 입자 (ASN), 메조 포러스 실리카 나노 입자 (MSN) 및 아미노 프로필-작용 화 된 ASN 및 MSN의 제조에 대한 개략도.
비정질 실리카 나노 입자 (ASN), 메조 포러스 실리카 나노 입자 (MSN) 및 아미노 프로필-작용 화 된 ASN 및 MSN의 제조에 대한 개략도./네이처 사이언티픽 리포트 해당논문

산화수가 +6인 '6가 크롬'은 생물종에 알레르기 반응, 피부염, 천식 또는 피부 화상을 일으키며 폐암 및 신장암, 기관지암을 일으키는 매우 유독한 발암물질이다. 

또한 6가 크롬은 수성 환경에서 3가 크롬의 100배 이상 독성을 지니는 것으로 알려져다.

기존에 저에너지 소비를 통한 높은 제거효율을 가지는 경제적으로 효율적인 흡착방식을 이용한 6가 크롬 제거에 관한 연구가 활발히 진행되고 있었지만, 이전의 흡착제는 비표면적이 낮고 화학적 기능이 많지 않아 크롬 제거 효율과 선택성에 한계가 있었다. 

이러한 난제를 근원적으로 해결하기 위해서 높은 비표면적과 다양한 화학적 기능성이 구현된 새로운 흡착제의 개발이 요구돼 왔고, 이번에 개발한 나노 입자 합성 방법은 지각에 가장 많이 존재하는 성분인 실리카(이산화규소)를 사용해 친환경적이면서도 간편하다고 한다. 

나노 입자를 구조적으로 제어해 내부에 다공성을 유도함으로써 높은 비표면적을 구현했고, 6가 크롬의 흡착을 극대화 할 수 있는 아민기(amine group)와 같은 화학적 작용기(functional group) 유도를 성사시켰다.

( A ) ASN 및 ( B ) MSN 의 TEM 현미경 사진 . 측정 된 입자 크기의 히스토그램을 보여주는 삽입 이미지 (오른쪽 위). ( B )에 삽입 된 ( 우측 하단)은 MSN의 환형 암시 야 주사 투과 현미경 (ADF-STEM) 이미지를 보여 주며, 입자 내 나노 포어의 존재로 인한 대비 차이를 나타낸다./네이처 사이언티픽 리포트 해당논문


연구팀은 이제까지 제시되지 않았던 체계적인 구조 및 화학 분석 방법을 통해 다공성 실리카 나노 입자의 6가 크롬 흡착 과정을 규명하고, 최대 흡착-제거 효율을 얻을 수 있는 실험의 최적화 조건을 발견했다.

또한 시간에 따른 제거 효율 측정을 통해 흡착 과정의 반응동역학적 모델 및 열역학적 수치들을 체계적인 구조 및 화학 분석 방법을 통해 얻어 냈고, 부가적 에너지 없이 상대적으로 독성이 적은 3가 크롬으로 변환하는 화학적 과정의 근본적인 메커니즘을 규명했다고 연구진은 설명했다.

이번 연구는 화학공학 고분자공학과 석박통합과정 대학원생 장은혜 학생이 제1 저자, 연구 책임자인 정성욱 교수가 교신저자, 김일 교수가 공동저자로 수행했으며, 고려대 생명정보공학과 백승필 교수도 공동저자로 참여했다.

이번 연구성과는 세계적인 자연과학 전문지 네이처의 학술자매지 사이언티픽 리포트 온라인판에 지난달 27일 발표됐다. 

화학적으로 기능화 된 무정형 및 메조 포러스 실리카 나노 입자를 이용한 수성 환경에서의 6가 크롬 흡착 및 제거에 대한 체계적인 연구/네이처

 

케미컬뉴스 심성필 기자



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