[해외연구보고서] 러시아 사우스 우랄대학, 하·폐수처리에 안티몬 화합물 사용 제안

러시아 사우스 우랄 주립대학교(South Ural State University; SUSU)의 과학자들은 유기 안티몬 화합물(organic antimony)의 중요한 성질을 포함한 체계적인 연구를 수행한다.

최근의 연구는 지속적인 오염물질을 분해할 수 있고 하·폐수를 처리하는데 사용될 수 있는 안티몬 화합물의 광촉매 활동에 초점을 맞추고 있다.

이번 연구결과는 스코푸스(Scopus) 데이터베이스에 수록된 고평가 과학저널 『러시아 무기화학 저널(Russian Journal of Inorganic Chemistry』(Q2)에 게재됐다.

■ 새로운 안티몬 화합물은 광촉매로 사용될 수 있다.
최근 몇 년 동안 화학자들은 유기질 광촉매 복합체의 개발에 더 많은 관심을 기울이고 있다.

광촉매는 광화학반응(빛의 영향을 받아 화학반응을 가속화)하는 과정으로 인해 그 위에 떨어지는 입자를 분해함으로써 환경오염 문제를 해결할 수 있다. 전이금속 복합체 연구에 연구진들이 진출했지만, 이제 시작에 불과하다.

거의 연구되지 않은 화합물의 광촉매 특성인 화학적 요소에는 멘델레예프(Mendeleev) 표의 금속 번호 51인 안티몬(antimony)이 포함된다.

몇 년 동안, 사우스 우랄 주립대학교(South Ural State University; SUSU)의 과학 연구소 화학부의 과학자들은 오르가노 앤티몬 화합물을 연구해왔다. 특히 실용성을 찾을 수 있는 유기 안티몬 화합물의 특성에 관심이 많다.

예를 들어, 3중합체 디카르복실레이트(triarylantimon dicarboxylate)의 몇 가지 특성이 발견되었는데, 그 다양성은 금속 원자에 연결된 대체 물질(원자 그룹)의 특성에 의해 결정된다.

이 주제에 대한 지속적인 연구를 통해 러시아 과학자들은 세계 최초로 염기성 화합물 트리스(5-브로모-2-메톡시페닐)와 그 파생물을 합성했다.

사우스 우랄 주립대학교의 올가 샤루티나(Olga Sharutina) 부교수는 "우리는 트리스(tris) 5-브로모-2-메톡시페닐(5-bromo-2-methoxyphenyl) 안티몬 디카르복실산염(antimony dicarboxylates)은 유기 염료인 메틸 바이올렛(methyl violet)과 메틸렌 블루(methylene blue )의 광분해로 이어지는 반면 화합물의 광촉매 활성도는 카복시산 잔여물의 특성에 따라 다르다는 것을 발견했다"라고 말했다.

올가 샤루티나 부교수는 이어  "안티몬 유도체는 물에 용해되지 않고 광분해 조건에서 안정성을 유지하는 것이 매우 중요하다"고 강조했다.

트리스 (5- 브로 모 -2- 메 톡시 페닐) 안티몬 디카 르 복실 레이트의 합성은 단일 단계 산화 첨가 법에 의해 수행되었으며, 이는 수년간 사우스 우랄 주립 대학교(South Ural State University)의 연구팀에 의해 개발되었다. 

장점은 목표 제품의 높은 수율과 높은 순도입니다.  화합물의 구조를 확립하기 위해 과학자들은 최신 '브루커(Bruker) D8 QUEST 회절계(diffractometer)'에서 x-선 회절 분석방법을 사용했다.

최초 합성된 화합물의 구조에 대해 얻은 모든 정보는 저장을 위해 국제 케임브리지 구조 데이터 뱅크로 전송되었다.

광촉매 활동은 '시마즈(Shimadzu) UV2700 UV 분광계'를 사용하여 연구되었다. 이 장비는 과학교육센터 나노테크놀로지(SUSU)에 있다.

■ 정수용 유기 안티모니 화합물
트리스(5-브로모-2-메톡시페닐)안티몬 화합물의 광촉매 특성에 대한 연구 결과는 분해하기 어려운 화학성분의 파괴에 활용될 수 있다.

우선 물을 오염시키는 산업기업의 주식에 대해 이야기하고 있다. 추가 연구는 안티몬 유기 화합물의 다른 성질을 확인하는 것을 목표로 할 것이다.

우리는 SUSU(사우스 우랄 대학교)의 화학자들이 외국인 동료들과 협력하고 있다고 덧붙인다. 예를 들어, SUSU의 대학원생인 에카테리나 아르테미예바(Ekaterina Artemyeva)는 호주 멜버른 모나시 대학(Monash University)에서 인턴십을 하는 동안 트리스 (5-브로모-2-메톡시페닐) 안티몬과 다른 오르가노 안티몬 화합물의 항류만 활성을 연구했다.

이러한 연구 결과를 바탕으로 호주 동료들과 함께 3편의 출판물이 준비되고 있다. 그 연구는 약의 개발뿐만 아니라 약의 합성물의 잠재적인 사용도 밝혀냈다.

앞서 에카테리나 아르테미예바는 펜타발렌트 안티몬 유기화합물(pentavalent antimony)을 연구했고, SUSU의 과학자들의 감독 아래 테트라케톤산 리간드를 가진 안티몬(5)아릴 복합체의 합성 방법을 개발했다. 이 연구는 '5-100 프로젝트'의 일환으로 SUSU에서 열린 '과학적 관점(Scientific Perspective)' 대회에서 주목되었다. 같은 대회에는 안드레이 에프레모프가 참가했다.

그의 연구의 목적은 항우울제제를 만드는 데 도움이 될 수 있는 트리페닐란티몬 디카르복실산염(triphenylantimony dicarboxilates)과 다이옥시마이트(dioximates)의 믿을 수 있는 합성 방법을 개발하는 것이었다.

사우스우랄주립대는 세계 유수의 연구 및 교육 중심지 중 러시아 대학의 경쟁력을 높이기 위해 만들어진 '5-100 프로젝트'에 참여하고 있다. 생태 분야 연구는 디지털 산업 및 재료 과학과 함께 사우스 우랄 주립 대학의 과학 및 교육 활동 개발을 위한 세 가지 전략 분야 중 하나이다.

[원문보기]

Russian Scientists Suggest Using Antimony Compounds For Wastewater Treatment

Scientists at South Ural State University carry out systematic studies of organic antimony compounds, including their significant properties.

The latest study focuses on the photocatalytic activity of antimony compounds, which can decompose persistent pollutants and can be used to treat wastewater.

The research results were published in the highly rated scientific journal “Russian Journal of Inorganic Chemistry” (Q2), which is included in the Scopus database.

■ New antimony compounds can be used as photocatalysts
In recent years, chemists have been paying more attention to the development of organometallic photocatalytic complexes.

Photocatalysts may solve the problem of environmental pollution by decomposing particles falling on them due to the process of photocatalysis (accelerating a chemical reaction under the influence of light). Researchers advanced in the study of transition metal complexes, but it’s just the beginning.

The chemical elements, the photocatalytic properties of the compounds of which have hardly been studied, include antimony - a metal number 51 in Mendeleev table.

For several years now, scientists of the Chemistry Department of the Institute of Sciences at South Ural State University have been studying organo-antimony compounds.

They are particularly interested in the properties of organic antimony compounds, which can find practical application.

For example, several properties of triarylantimony dicarboxylates have been found with several properties, their diversity being determined by the nature of the substituents (atomic groups) connected to the metal atom.

Continuing research on this topic, Russian scientists were the first in the world to synthesize the base compound tris(5-bromo-2-methoxyphenyl)antimony and its derivatives.

“We found that tris(5-bromo-2-methoxyphenyl)antimony dicarboxylates lead to photodegradation of organic dyes: methyl violet and methylene blue - while the photocatalytic activity of the compounds depends on the nature of the carboxylate residue."

"It is very important that antimony derivatives are insoluble in water and remain stable under photodegradation conditions, which allows them to be used as photocatalysts”, Associate Professor Olga Sharutina said.

The synthesis of tris(5-bromo-2-methoxyphenyl)antimony dicarboxylates was carried out by the single-stage method of oxidative addition, which was developed several years by a team of researchers at South Ural State University.

Its advantage is the high yield and high purity of the target products. To establish the structure of the compounds, scientists used the method of x-ray diffraction analysis on a modern Bruker D8 QUEST diffractometer.

All information obtained on the structure of the first synthesized compounds was transferred to the international Cambridge structural data bank for storage.

Photocatalytic activity was studied using a Shimadzu UV2700 UV spectrometer. This equipment is in Scientific Educational Center “Nanotechnology” (SUSU).

■ Organic Antimony Compounds for Water Purification
The results of the study on the photocatalytic properties of tris(5-bromo-2-methoxyphenyl)antimony compounds can be used in the destruction of chemical compounds that are difficult to decompose.

First of all, we are talking about stocks of industrial enterprises that pollute water. Further research will be aimed at identifying other properties of antimony organic compounds.

We add that the chemists at SUSU are collaborating with foreign colleagues. For example, Ekaterina Artemyeva, a postgraduate student at the South Ural University, during an internship in Australia (Monash University, Melbourne) studied the antileuschmanic activity of tris(5-bromo-2-methoxyphenyl)antimony and other organoantimony compounds.

Based on the results of these studies, three publications are being prepared together with Australian colleagues. The researches reveal the potential use of the compounds in medicine as well as in the development of drugs.

Earlier, Ekaterina Artemyeva studied the organic compounds of pentavalent antimony and, under the supervision of scientists from SUSU, developed methods for the synthesis of antimony(5)aryl complexes with tetraketonate ligands. The study was noted at the "Scientific Perspective" competition held at SUSU as part of the "5-100" Project. At the same competition, Andrei Efremov participated.

The aim of his work was to develop a reliable method of synthesis of triphenylantimony dicarboxilates and dioximates, which might help to create antitumor drugs.

South Ural State University is a participant in the 5-100 Project, created to increase the competitiveness of Russian universities among the world's leading research and educational centers.

[출처=워터온라인(https://www.wateronline.com/doc/russian-scientists-suggest-using-antimony-compounds-for-wastewater-treatment-0001) /  2020년 5월 17일]