[해외연구보고서] “오크라·알로에, 하·폐수 미세플라스틱 제거 탁월”

미국 탈러턴주립대 스리니바산 박사팀, 오크라·알로에·선인장 등의 추출물이 하·폐수 속 미세플라스틱 제거 증명

3월 22일 미국화학학회(ACS) 춘계학술발표회(Spring 2022)서 연구결과 발표

"탈러턴주립대 연구원들은 실험에서 오크라의 다당류와 호로파의 다당류가 해수에서 미세플라스틱을 가장 잘 제거할 수 있는 반면, 오크라의 다당류와 타마린드(tamarind)의 다당류는 담수 샘플에서 가장 잘 작동한다는 것을 발견"

미국 탈러턴주립대학교(Tarleton State University) 라자니 스리니바산(Rajani Srinivasan) 박사와 연구원들은 오크라(okra), 알로에, 사일룸(psyllium ; 차전자피), 선인장(사진 위에서 시계방향)과 같은 식물 추출물의 조합이 하·폐수 속에 들어있는 미세플라스틱(microplastics)을 제거할 수 있다는 것을 증명했다. 

 

많은 요리에서 오크라(okra)는 스튜(stew)와 수프(stew)의 걸쭉한 맛을 내는 역할을 한다. 이 채소와 알로에, 선인장, 사일룸(psyllium ; 차전자피)과 같은 식물의 끈적거림은 물과 일부 유형의 고체 오염물질의 하·폐수뿐만 아니라 용해된 일부 식물도 깨끗하게 할 수 있다. 

미국 탈러턴주립대학교(Tarleton State University) 라자니 스리니바산(Rajani Srinivasan) 박사와 연구원들은 이러한 식품용 식물 추출물의 조합이 하·폐수에서 미세플라스틱(microplastics)을 제거할 수 있다는 것을 증명했다. 스리니바산(Rajani Srinivasan) 박사와 연구원들은 3월 22일 미국 샌디에이고 컨벤션 센터(SDCC)에서 열린 미국화학회(ACS ; American Chemical Society) 춘계학술발표회에서 결과를 발표했다. ‘ACS Spring 2022’는 3월 20일부터 24일까지 오프라인에서 가상으로 열리는 하이브리드 회의로, 3월 21일부터 4월 8일까지 주문형 액세스(on-demand access)가 가능하다. 이번 회의에는 광범위한 과학 주제에 대한 1만2천 개 이상의 프레젠테이션이 있다.

5mm 이하의 작은 플라스틱 조각인 미세플라스틱 섭취가 건강에 미치는 영향은 현재 명확하지 않지만 연구에 따르면 사람들이 의도하지 않게 매년 수만 개의 미세플라스틱을 섭취한다고 한다.

이 프로젝트의 수석연구원인 탈러턴주립대학교(Tarleton State University) 라자니 스리니바산(Rajani Srinivasan) 박사는 “우리는 미세플라스틱 자체가 건강에 그다지 위험하지 않을 수 있다고 생각하지만, 미세플라스틱에 들어가는 모든 것 또는 이러한 플라스틱에 부착된 모든 유형의 독성물질은 우리 몸에 들어가 문제를 일으킬 수 있다고 생각한다”고 말했다. 

일반적인 하·폐수 처리 과정에서 미세플라스틱은 두 단계로 물에서 제거된다. 첫째, 떠 있는 것들은 단순히 물 위에서 걷어내 버린다. 그러나 이 단계는 존재하는 전체 미세플라스틱의 일부만 제거한다.

나머지는 응집제 또는 미세플라스틱을 끌어들이고 큰 덩어리를 형성하는 끈적끈적한 화학물질을 추가하여 제거해야 한다. 그런 다음 덩어리는 물의 바닥으로 가라앉고 분리될 수 있다.

 

탈러턴주립대학교 라자니 스리니바산(Rajani Srinivasan) 박사가 3월 22일 미국 샌디에이고 컨벤션 센터(SDCC)에서 열린 미국화학학회(ACS ; American Chemical Society) 춘계학술발표회에서 결과를 발표했다.  [사진출처(Photo source) = 미국화학학회(ACS) YouTube]

 

탈러턴주립대학교(Tarleton State University)의 라자니 스리니바산(Rajani Srinivasan) 박사는 현재 오염물질을 제거하는 데 사용되는 일부 물질이 잠재적으로 해로울 수 있으므로 스리니바산 박사와 연구팀은 독성이 없는 대안을 조사하고 있다고 밝혔다. 예를 들어, 일반적인 응집제(flocculant) 중 하나인 폴리아크릴아미드(polyacrylamide)는 특정 조건에서 독성 화학물질로 분해될 수 있다. “물을 정화하려고 하는 것은 도움이 되지 않지만 오염물질을 제거하기 위해 잠재적인 독성 물질을 추가하는 것은 도움이 되지 않는다”라고 스리니바산 박사는 말한다.

이전에 스리니바산 박사는 하·폐수에서 섬유 기반 오염물질을 제거하기 위해 무독성 응집제로 식품 등급의 식물 추출물을 사용하는 방법을 연구했다. 스리니바산 박사의 연구팀은 특히 추출물의 다당류에 집중했다. 왜냐하면 이러한 생체 고분자는 염료나 박테리아와 같은 오염 물질을 끌어들이고 포획하기에 적절한 화학적 및 생물학적 특성을 가지고 있기 때문이다. “미생물 등을 제거하는 일을 하다가 ‘미세플라스틱을 사용해보는 건 어떨까요?’라고 생각했다”라고 스리니바산 박사는 말한다. 

따라서 학부 및 석사 학생팀은 식품 재료인 호로파(fenugreek), 선인장, 알로에 베라(aloe vera), 오크라(okra), 타마린드(tamarind) 및 차전자피(psyllium) 등 다당류 추출물을 미세플라스틱을 포획하기 위한 응집제로 테스트했다. 그들은 다른 조합뿐만 아니라 개별 식물의 화합물도 시험했다.

이를 위해 그들은 이 추출물을 다양한 미세플라스틱 함유 수원에 첨가했다. 그런 다음 처리 전후에 응집제 덩어리의 현미경 이미지를 조사하고 미세플라스틱을 세어 얼마나 많은 입자가 제거되었는지 확인했다.

그들의 실험에서 연구원들은 오크라(okra)의 다당류와 호로파의 다당류가 해수에서 미세플라스틱을 가장 잘 제거할 수 있는 반면, 오크라의 다당류와 타마린드(tamarind)의 다당류는 담수 샘플에서 가장 잘 작동한다는 것을 발견했다. 전반적으로 식물성 다당류는 추출물과 수원의 조합에 따라 기존의 응집제인 폴리아크릴아미드(polyacrylamide)보다 더 잘 작동했다.

중요한 것은 식물성 응집제가 기존 수처리 공정에 적용될 수 있다는 것이다. 스리니바산(Srinivasan) 박사는 “무독성 물질을 사용한 전체 처리 방법은 동일한 기반 시설을 사용한다”라면서 “수처리 목적으로 이러한 재료를 통합하기 위해 새로운 것을 만들 필요가 없다”라고 강조한다.

앞으로 스리니바산 박사와 연구팀은 해수, 강어귀 물(하구수), 담수 및 지하수와 같은 다양한 수원에서 다양한 미세플라스틱 제거를 최적화하기 위해 식물성 응집제의 비율과 조합을 계속 조정할 계획이다.

스리니바산 박사와 연구팀은 또한 실험실 외부의 현장 연구에서 무독성 미세플라스틱 제거 프로세스를 확장할 계획이다. 궁극적으로 그들은 이 새로운 식물성 방법을 상업화하여 산업적 규모로 물에서 미세플라스틱을 제거할 수 있기를 희망하고 있다. 모두가 더 깨끗하고 안전한 물을 마실 수 있도록 하고, 모든 사람들이 마실 수 있는 더 깨끗하고 안전한 물을 만들 수 있기를 희망하고 있다.

연구원들은 국립과학재단(National Science Foundation)과 탈러턴주립대학교(Tarleton State University) 및 텍사스주 러벅(Lubbock)의 하이플레인스 워터 개발구(High Plains Water Development District)의 자금 지원을 받고 있다.

■ 미국화학학회(ACS ; American Chemical Society) 소개

미국화학학회(ACS)는 미국 의회가 인가한 비영리 단체이다. ACS의 사명은 지구와 모든 사람의 이익을 위해 보다 광범위한 화학기업과 그 실무자들을 발전시키는 것이다.

The Society는 다양한 연구 솔루션, 동료 리뷰 저널, 과학 컨퍼런스, eBooks 및 주간지 Chemical & Engineering News를 통해 과학 교육의 우수성을 홍보하고 화학 관련 정보와 연구에 대한 접근을 제공하는 글로벌 리더니다.

ACS 저널은 과학 문헌에서 가장 많이 인용되고, 가장 신뢰받고, 가장 많이 읽힌다. 그러나 ACS 자체는 화학 연구를 실시하지 않는다. 과학 정보 솔루션의 리더로서 CAS 부문은, 세계의 과학 지식을 큐레이팅, 연결, 분석함으로써, 비약적인 발전을 가속화하기 위해서, 글로벌한 이노베이터와 제휴하고 있다. ACS의 본부는 워싱턴 DC와 오하이오 콜럼버스에 있다.

[원문보기]

Cooking up a way to remove microplastics from wastewater - with okra, aloe

SAN DIEGO, March 22, 2022 - In many cuisines, okra serves as a master thickener of stews and soups. The goo from that fruit and other plants, such as aloe, cactus and psyllium, can also clean water and wastewater of some types of solid pollutants, as well as some that are dissolved. Now, researchers have demonstrated that combinations of these food-grade plant extracts can remove microplastics from wastewater.

The researchers will present their results today at the spring meeting of the American Chemical Society (ACS). ACS Spring 2022 is a hybrid meeting being held virtually and in-person March 20-24, with on-demand access available March 21-April 8. The meeting features more than 12,000 presentations on a wide range of science topics.

The health effects of ingesting microplastics - tiny pieces of plastic 5 mm or smaller - are currently unclear, but studies suggest that people unintentionally consume tens of thousands of these particles every year. 

“We think that microplastics by themselves may not be much of a health hazard, but anything that they get into or any type of toxic substance that gets attached to these plastics could go inside our bodies and cause problems,” says Rajani Srinivasan, Ph.D., the principal investigator for the project.

In the typical wastewater treatment process, microplastics are removed from water in two steps. First, those that float are simply skimmed off the top of the water. However, this step only removes a fraction of the total microplastics that are present. 

The rest must be removed by adding flocculants, or sticky chemicals that attract microplastics and form large clumps. The clumps then sink to the bottom of the water and can be separated from it.

Srinivasan, who is at Tarleton State University, points out that some of the substances currently used to remove contaminants are potentially harmful, so she and her team have been investigating nontoxic alternatives. For example, one common flocculant, polyacrylamide, can break down into toxic chemicals under certain conditions. “It doesn’t help if we try to clean up water but add potentially toxic substances to remove the pollutants,” she says.

Previously, Srinivasan had studied the use of food-grade plant extracts as nontoxic flocculants to remove textile-based pollutants from wastewater. Her team specifically focused on polysaccharides in the extracts because these biopolymers possess the appropriate chemical and biological properties to attract and capture pollutants like dyes or even bacteria. “I was working with the removal of microorganisms and things like that, and I thought, ‘Why not try microplastics?’” she says.

So, the team of undergraduate and master’s students tested polysaccharide extracts from fenugreek, cactus, aloe vera, okra, tamarind and psyllium - all of which are food-grade materials - as flocculants to capture microplastics. They tested compounds from the individual plants, as well as in different combinations. 

To do this, they added these extracts to various microplastic-containing water sources. Then, they examined microscope images of the flocculant clumps before and after treatment and counted the microplastics to determine how many particles had been removed.

In their experiments, the researchers found that polysaccharides from okra paired with those from fenugreek could best remove microplastics from ocean water, whereas polysaccharides from okra paired with those from tamarind worked best for freshwater samples. Overall, the plant-based polysaccharides worked better than, or as well as, the traditional flocculant polyacrylamide, depending on the combination of extracts and water source.

Importantly, the plant-based flocculants can be implemented in existing water treatment processes. “The whole treatment method with the nontoxic materials uses the same infrastructure,” says Srinivasan. “We don’t have to build something new to incorporate these materials for water treatment purposes.”

Looking forward, she and her team will continue tailoring the ratios and combinations of plant-based flocculants to optimize removal of different microplastic types from a variety of water sources, such as ocean water, estuary water, freshwater and groundwater. 

They also plan to scale up their nontoxic microplastics removal process in field studies outside of the lab. Ultimately, they hope to commercialize this new, plant-based method so that microplastics can be removed from water on an industrial scale ? enabling cleaner and safer water for everyone to drink.

The researchers acknowledge support and funding from the National Science Foundation (award number 1658984), Tarleton State University and the High Plains Water Development District in Lubbock, Texas.

ACS Spring 2022 will be a vaccination-required and mask-recommended event for all attendees, exhibitors, vendors, and ACS staff who plan to participate in-person in San Diego, CA. For detailed information about the requirement and all ACS safety measures, please visit the ACS website.

The American Chemical Society (ACS) is a nonprofit organization chartered by the U.S. Congress. ACS’ mission is to advance the broader chemistry enterprise and its practitioners for the benefit of Earth and all its people. 

The Society is a global leader in promoting excellence in science education and providing access to chemistry-related information and research through its multiple research solutions, peer-reviewed journals, scientific conferences, eBooks and weekly news periodical Chemical & Engineering News. 

ACS journals are among the most cited, most trusted and most read within the scientific literature; however, ACS itself does not conduct chemical research. As a leader in scientific information solutions, its CAS division partners with global innovators to accelerate breakthroughs by curating, connecting and analyzing the world’s scientific knowledge. ACS’ main offices are in Washington, D.C., and Columbus, Ohio.

[출처=미국화학학회(ACS)(https://www.acs.org/content/acs/en/pressroom/newsreleases/2022/march/cooking-up-a-way-to-remove-microplastics-from-wastewater.html) / 2022년 3월 22일자 보도자료]