[스웨덴] 스톡홀롬 대 연구팀, 의약품 오염물질 처리 위한 새로운 방법 개발

금속-유기 구조 이용해 지역 하수서 의약품 오염물질 다수 제거해

에릭 스벤슨 그레이프(Erik Svensson Grape) 스톡홀름 대학교 소재환경화학과 박사과정생은 스펀지처럼 지역 하수처리시설에서 발견되는 의약품 분자를 분해할 수 있는 새로운 물질의 모델을 살펴보고 있다. [사진제공 = Lisa Munthe, Stockholm University]

 

스웨덴 스톡홀름 대학교의 한 연구팀은 지역 하수서 발견되는 의약품 분자를 포착하고 분해하기 위해 석류 추출물로 만든 다공성 결정체를 개발했다고 밝혔다. 이 연구는 과학 저널인 『네이처 워터(Nature Water)』 에 게재됐다.

의약품 화합물은 우리의 건강은 향상시키지만 야생 동물의 복지에 의도치 않은 악영향을 미칠 수도 있다. 이에 하수처리시설은 활성 제약 성분과 같은 새로운 유기 오염 물질(EOC)을 제거해야 하는 문제에 직면해 있으며, 따라서 새로운 재료와 기술이 요구되고 있다.

물에서 오염물질을 제거하는 한 가지 전략은 스폰지처럼 작용하는 다공성 물질을 사용하는 것이다. 금속-유기 구조(Metal-Organic Frameworks, MOF)는 금속 이온과 유기 분자로 만들어진 나노다공성 물질의 한 종류이다. 대부분의 MOF는 합성 유기 분자를 사용해 들지만 스톡홀름 대학교 재료 및 환경 화학과의 연구원들은 식물에서 발견되는 자연 발생 분자인 엘라그산을 사용해 새로운 다공성 MOF를 개발했다.

에릭 스벤슨 그레이프(Erik Svensson Grape) 스톡홀름 대학교 소재환경화학과 박사과정생은 “엘라그산은 과일, 베리류, 견과류, 나무껍질에서 흔히 볼 수 있는 타닌으로 알려진 자연 발생 폴리페놀의 주요 구성 단위 중 하나이다. 석류 껍질이나 나무 껍질에서 추출한 엘라그산을 지르코늄 이온과 결합하여 SU-102라는 새로운 다공성 MOF를 개발했다"라고 설명했다.

SU-102 결정의 일부. 어두운 영역은 1나노미터 넓이의 기공으로, 전자현미경을 사용해 이미지를 촬영했다. [사진제공 = Tom Willhammar, Stockholm University]

 

SU-102의 성능을 테스트하기 위해 지역 하수처리시설에서 이미 정화된 물을 새로운 MOF로 추가 처리했다. 그 결과 SU-102는 하수처리시설에서 완전히 제거되지 않은 많은 의약품 오염물질을 제거한 것으로 나타났다. SU-102는 의약품 오염물질을 포획하는 것 외에도 광분해로 알려진 과정에서 빛을 사용해 오염물질을 분해하는 데 사용됐다.

에릭 스벤슨 그레이프 박사과정생은 “처리시설에서 물 샘플로 직접 작업할 수 있는 기회를 얻었고, 이를 통해 매우 시급한 환경 문제에 우리의 재료를 사용할 수 있는 응용 분야를 찾았기 때문에 이것은 매우 흥미로운 프로젝트였다. 우리는 언젠가 SU-102가 더 큰 규모로 다른 환경 응용 분야에도 사용될 수 있기를 바란다”라고 말했다.

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New way to purify water from pharmaceutical pollutants

 

Researchers from Stockholm University have developed porous crystals made from pomegranate extract to capture and degrade pharmaceutical molecules found in local municipal wastewater. The research is published in the scientific journal Nature Water.

Pharmaceutical compounds affect the human body to improve our health, but they can also have unintentional adverse effects for the wellbeing of wildlife. Hence wastewater treatment plants are facing the challenge of removing emerging organic contaminants (EOCs) such as active pharmaceutical ingredients, and therefore new materials and technologies are required.

One strategy for removing pollutants from water is by using porous materials that behave like sponges. Metal-organic frameworks, so called MOFs, are a type of nanoporous material that are made of metal ions and organic molecules. Most MOFs are made using synthetic organic molecules. But now researchers from the Department of Materials and Environmental Chemistry, Stockholm University, have managed to develop new porous MOFs using a naturally occurring molecule found in plants – ellagic acid. 

“Ellagic acid is one of the main building units of naturally occurring polyphenols known as tannins, which are common in fruits, berries, nuts, and tree bark. By combining ellagic acid, which was extracted from either pomegranate peel or tree bark, with zirconium ions, we developed a new highly porous MOF which we named SU-102,” says Erik Svensson Grape, who did the study during his time as a PhD student at the Department of Materials and Environmental Chemistry, Stockholm University.

In order to test the performance of SU-102, water that had already been purified at a local wastewater treatment facility was further treated with the new MOF. The results showed that SU-102 removed many of the pharmaceutical pollutants that were not fully removed by the wastewater treatment facility. In addition to capturing the pharmaceutical pollutants, SU-102 was also used to break down pollutants using light in a process known as photodegradation.

“This has been a very exciting project as we got the opportunity to work directly with water samples from the treatment plant, thereby finding an application where our material could be put to use towards a very pressing environmental issue. We hope one day that SU-102 will be used on a bigger scale and also for other environmental applications,” says Erik Svensson Grape at Stockholm University.

[출처 = Stockholm University(https://www.su.se/english/news/new-way-to-purify-water-from-pharmaceutical-pollutants-1.657205) / 2023년 5월 16일]