[스웨덴] 환경에 해로운 산업폐기물을 제거하는 나노 필터 개발
스웨덴 루레아 공대(Luleå University of Technology)의 연구자들에 의해 산업계에서 이용되고 있는 여러 프로세스 상에서 발생한 환경적으로 유해한 폐기물을 처리할 수 있는 뛰어난 정화능을 가진 나노셀룰로오스 기반의 필터가 개발되었다.
영국 임페리얼칼리지대(Imperial College)와의 공동 연구를 통해 진행된 이번 연구 결과는 뛰어난 성능의 프로토타입(prototype)을 만들어내는데 성공했으며 유럽의 몇몇 기업들에서 적용 테스트가 진행 중에 있다. 이에 대해 루레아대 재료과학부의 조교수인 Aji Mathew는 "바이오 기반의 나노셀룰로오스 필터가 처음으로 실제 상황에서 적용되었으며 스페인의 생활폐수 처리시설에서 이용되었다. 다른 여러 기업들 또한 이 기술에 관심을 보이고 있으며 영국에서도 다양한 기업의 접촉 전화가 있었다"고 말했다.
연구자들은 셀룰로오스 산업에서 발생한 저렴한 잔여물과 기능성 나노셀룰로오스를 결합해 뛰어난 여과 기능을 지닌 흡습 시트(absorbent sheet)를 만들어내는데 성공했다. 이 시트들은 카틸리지(cartridges)라 불리는 서로 다른 프로토타입으로 제조되어 테스트되었다. 이 카틸리지들은 뛰어난 여과능을 지니고 있으며 프린팅 산업에서 유래한 염색 잔여물, 산업 폐기물에서 유래한 중금속, 생활폐수에서 유래한 질산염 등을 제거할 수 있다. 내년에는 나노셀룰로오스로 만들어진 보다 큰 시트가 생산되어 카틸리지화된 뒤 오염물 제거에 이용될 수 있을 것으로 보인다.
이에 대해 그녀는 "각각의 멤브레인(menbrane)은 오염물의 종류, 즉 구리, 철, 은, 염색약, 질산염 등의 종류에 따라 서로 다른 제거 능력을 지니도록 만들어질 것"이라고 말했다. 이번 연구는 유럽연합의 재정적인 지원이 있었으며 여러 연구 기관, 대학, 회사 등의 협력을 통해 이루어질 수 있었다. 이번 연구는 스웨덴 루레아대의 Aji Mathew에 의해 수행되었으며 그녀는 다음으로 보다 많은 재정 지원을 확보해 이 기술을 산업화가 가능한 규모로 확대시킬 예정이다.
이에 대해 그녀는 "산업기계 전문제조사인 알파라발(Alfa Laval)이 이 기술에 관심을 보이고 있으며 2015년에 이 기술의 스케일 업을 위한 EU 기반의 Horizon 2020 프로젝트를 시작할 예정"이라고 말했다. 그녀의 랩 출신인 Peng Liu와 Zoheb Karim이 이번 프로젝트에 참여했다. 연구와 관련해 Peng은 "나는 이 멤브레인들이 나노결정이나 나노필터와 같은 서로 다른 물질들을 이용해 중금속을 제거할 수 있는지에 초점을 맞추었으며 또 다른 동료가 이를 만들어낼 수 있는 방법에 초점을 맞추어 연구를 진행했다"고 말했다.
그림: 이번 연구를 수행한 Aji Mathew와 대학원생인 Peng Liu 및 Zoheb Karim
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 12월 31일]
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Nano filter cleans environmentally hazardous industrial byproducts
Prototypes of nano-cellulose based filters with high purification capacity towards environmentally hazardous contaminants from industrial effluents eg. process industries, have been developed by researchers at Luleå University of Technology. The research, conducted in collaboration with Imperial College in the UK has reached a breakthrough with the prototypes and they will now be tested on a few industries in Europe.
"The bio-based filter of nano-cellulose is to be used for the first time in real-life situations and tested within a process industry and in municipal wastewater treatment in Spain. Other industries have also shown interest in this technology and representatives of the mining industry have contacted me and I have even received requests from a large retail chain in the UK," says Aji Mathew Associate Professor, Division of Materials Science at Luleå University.
Researchers have combined a cheap residue from the cellulose industry, with functional nano-cellulose to prepare adsorbent sheets with high filtration capacity. The sheets have since been constructed to different prototypes, called cartridges, to be tested. They have high capacity and can filter out heavy metal ions from industrial waters, dyes residues from the printing industry and nitrates from municipal water. Next year, larger sheets with a layer of nano-cellulose can be produced and formed into cartridges, with higher capacity.
"Each such membrane can be tailored to have different removal capability depending on the kind of pollutant, viz., copper, iron, silver, dyes, nitrates and the like," she says.
Behind the research, which is funded mainly by the EU, is a consortium of research institutes, universities, small businesses and process industries. It is coordinated by Luleå University led by Aji Mathew. She thinks that the next step is to seek more money from the EU to scale up this technology to industrial level.
"Alfa Laval is very interested in this and in the beginning of 2015, I go in with a second application to the EU framework program Horizon 2020 with goals for full-scale demonstrations of this technology," she says.
Two of Aji Mathews graduate student Peng Liu and Zoheb Karim is also deeply involved in research on nano-filters.
"I focus on how these membranes can filter out heavy metals by measuring different materials such as nanocrystals and nano-fibers to determine their capacity to absorb and my colleague focuses on how to produce membranes," says Peng Liu PhD student in the Department of Materials Science and Engineering at Luleå University of Technology.
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