폴리머 혁신으로 수질 정화에 혁명을 일으킬 수 있음

우리 모두는 옥수수 전분 파생물을 사용하여 집 안의 눈에 보이지 않는 공기 오염 물질을 가두어 원치 않는 냄새를 제거하는 페브리즈 공기 청정제를 본 적이 있습니다.

코넬 연구팀은 페브리즈에서 발견된 것과 동일한 물질인 시클로덱스트린을 사용하여 정수 산업에 혁명을 일으킬 수 있는 기술을 개발했습니다.

이 팀은 화학 및 화학 생물학 부교수이자 2015년 MacArthur Foundation Fellowship 수상자 Will Dichtel이 이끌고 있습니다. 그의 연구팀은 기존 활성탄보다 훨씬 뛰어난 속도(어떤 경우에는 200배 더 높음)로 흡착을 ​​통해 오염 물질을 흡수하는 다공성 형태의 시클로덱스트린을 발명했습니다.

활성탄은 사이클로덱스트린으로 만든 이전 폴리머보다 표면적이 더 크다는 장점이 있습니다. "오염 물질이 달라붙을 수 있는 부위가 더 많습니다"라고 Dichtel은 말했습니다. 그러나 사이클로덱스트린만큼 강력하게 오염 물질을 결합하지는 않습니다.

Dichtel은 “우리가 한 일은 사이클로덱스트린으로 만들어진 최초의 고표면적 물질을 만든 것입니다.”라고 Dichtel은 말했습니다. “활성탄의 일부 장점과 사이클로덱스트린의 고유한 장점을 결합했습니다. 이 두 재료의 가장 좋은 특징을 결합하면 어느 클래스보다 훨씬 더 나은 재료를 얻을 수 있습니다.

"이러한 물질은 물이 흘러가는 동안 몇 초 만에 오염 물질을 제거합니다. 따라서 매우 낮은 에너지로 흐르는 물을 통해 정수할 수 있는 잠재력이 있으며 이는 큰 문제입니다."라고 그는 말했습니다.

더욱이, 사이클로덱스트린 함유 폴리머는 재생이 더 쉽고 저렴하기 때문에 성능 저하 없이 여러 번 재사용할 수 있습니다.

약 18개월 간의 연구 결과는 12월 21일 Nature 지에 온라인으로 게재되었습니다.

이 작업에 대한 지원은 지속 가능한 폴리머 센터를 통해 국립 과학 재단에서 이루어졌습니다. 이 센터는 코넬, 미네소타 대학 및 캘리포니아 버클리 대학의 다양한 연구자 팀을 모아 지속 가능한 비금속에서 고성능 재료를 발견합니다. -석유 기반 소스.

시클로덱스트린 중합체의 발견 이후 지속 가능한 미래를 위한 코넬의 앳킨슨 센터(Atkinson Center for a Sustainable Future)에서 프로토타입 여과 시스템을 확장하고 구축하기 위한 추가 지원이 제공되었습니다.

NSF 보조금이 수여된 직후 연구가 시작되었습니다. 얼마 지나지 않아 Dichtel 팀은 사이클로덱스트린 폴리머가 수질 정화에 대한 가능성을 보여주는 것으로 확인했습니다. 재료를 분석하는 데 몇 달을 더 보낸 후 Dichtel은 토목 및 환경 공학 조교수인 Damian Helbling에게 연락했습니다. Helbling의 연구 분야에는 인간 및 생태계 건강과 관련된 수질이 포함됩니다.

논문의 공동 저자인 Helbling은 “지난 1월이나 2월의 초기 단계에서 나의 역할은 컨설턴트였습니다.”라고 말했습니다. “그들은 '우리는 이것을 할 수 있는 폴리머를 가지고 있습니다. 이것이 적용될 수 있는 수질 문제는 무엇입니까?'”

Helbling은 그의 그룹이 실제 수질 정화와 관련된 더 낮은 농도에서 다양한 오염 물질 혼합물을 흡착할 수 있는지 확인하기 위해 Dichtel의 그룹과는 다른 방식으로 폴리머에 도전했다고 지적했습니다.

“[우리의 기여는] 환경적으로 관련된 조건에서도 그들이 관찰한 현상이 반복 가능하다는 것을 증명했습니다. 그리고 그들은 그랬습니다.”라고 Helbling이 말했습니다.

재활용성은 사이클로덱스트린 폴리머의 또 다른 장점이라고 Dichtel은 말했습니다. 활성탄 필터는 재생을 위해 강렬한 열처리를 거쳐야 하는 반면, 사이클로덱스트린 필터는 실온에서 메탄올이나 에탄올로 세척할 수 있습니다. 그리고 재생 후 성능 저하도 관찰되지 않았다고 Dichtel은 말했습니다.

MacArthur 재단의 "천재상"이 5년에 걸쳐 총 625,000달러에 달할 Dichtel은 이 상의 일부가 시클로덱스트린 정수에 대한 추가 연구에 사용될 것이며 궁극적으로 대규모 제조가 가능한 제품의 기반을 마련할 것이라고 말했습니다.

“전통적으로 실험실 발견과 사람들에게 도움이 될 수 있는 무언가를 세상에 내놓는 것 사이의 격차를 메우는 것은 어렵습니다.”라고 그는 말했습니다. “따라서 완전히 제한되지 않고 해당 공간에서 실용적으로 사용할 수 있는 지원을 받는 것은 정말 가치 있는 일입니다.”