[미국] 버팔로대, 수처리용 3D 프린팅 그래핀 에어로겔 제작 방법 연구

그래핀(Graphene)은 물에서 오염 물질을 제거하는 데는 탁월하지만, 아직 상업적으로 사용할 수 있는 놀라운 재료는 아니다.

버팔로 대학의 엔지니어들은 최근 연구에서 3D 프린팅 그래핀 에어로겔의 새로운 공정을 발표했다. 이들은 두 가지 주요 장애물 즉, 확장성과 반복적인 수처리를 위해 충분히 안정적인 재료 버전을 만들 수 있다고 말한다.

니루팜 아이치(Nirupam Aich) 버팔로대 환경공학과 박사는 "문제가 되는 화학 잔류물을 배출하지 않고 안전하게 물에서 오염물질을 제거하는 것이 목표"라면서 "우리가 만든 에어로겔은 수처리 시스템에 넣으면 구조가 유지되며 다양한 수처리 애플리케이션에 적용할 수 있다"라고 말했다.

'물 오염물 제거를 위한 3D 프린팅 그래핀-바이오폴리머 에어로겔: 개념 증명' 연구는 『환경 과학 저널』에 게재됐다.

에어로겔은 겔의 액체를 기체로 대체하여 형성되는 가볍고 다공성이 강한 고체로, 결과 고체가 원래 고체와 같은 크기이다. 그것들은 스티로폼과 유사한 구조로 구성되어 매우 다공성 있고 가볍지만 강하고 탄력적이다.

그래핀은 원소 탄소에 의해 형성된 나노 물질로, 반복되는 육각형 격자에 배열된 탄소 원자의 단일 평판으로 구성되어 있다.

실험에서, 재구성된 에어로겔은 전국의 식수 시스템을 괴롭히는 납과 크롬과 같은 특정 중금속을 제거했다. 또한 양이온 메틸렌 블루, 음이온 에반스 블루와 같은 유기 염료와 헥산, 헵탄, 톨루엔 같은 유기 용제를 제거했다.

공기 중 공기의 재사용 가능성을 보여주기 위해 연구원들은 공기 중 유기 용매를 10번 검사했다. 매번 100% 용제를 제거했다. 연구원들은 또한 세 번째 사이클 이후에 메틸렌 블루를 포획하는 에어로겔의 능력이 2~20% 감소했다고 보고했다.

에어로겔은 나노시트와는 달리 더 큰 크기로 인쇄될 수 있기 때문에 크기를 늘릴 수 있다고 아이치는 말했다. 이는 대규모 생산에 내재된 이전의 문제를 제거하고 폐수 처리 공장 같은 대규모 시설에서 이 공정을 사용할 수 있게 한다고 그는 말한다. 그는 에어로겔은 물에서 꺼내어 다른 장소에서 재사용할 수 있으며, 물에 어떤 종류의 잔여물도 남기지 않는다고 덧붙였다.

에이치는 버팔로대 화학 교수인 다이애나 아가(Diana Aga)가 이끄는 피츠버그대와의 협업으로 '영원한 화학물질'로 알려질 정도로 분해하기 어려운 독성물질인 PFAS를 분해하는 방법과 도구를 찾는 데 기여했다. Aich는 3D 에어로겔과의 작업과의 유사성에 주목하며, 두 프로젝트의 결과를 종합하여 보다 효과적인 수인성 오염물 제거 방법을 만들 수 있기를 희망한다.

니루팜 아이치는 "우리는 이 에어로겔을 그래핀 입자들뿐만 아니라 촉매 역할을 할 수 있는 나노메탈 입자들을 포함하는데도 사용할 수 있다"면서 "미래의 목표는 이러한 공기총의 벽과 표면에 나노메탈 입자가 박혀 있고 그것들은 생물학적 오염물뿐만 아니라 화학적 오염물도 분해하거나 파괴할 수 있을 것"이라고 말했다.

[출처 = Watertechonline(https://www.watertechonline.com/industry/article/14201476/study-shows-how-to-make-3dprinted-graphene-aerogels-for-water-treatment) / 2021년 4월 15일]