[미국] 텍사스대, 주입식 물 여과 시스템 개발…깨끗한 식수 접근성 높여

주사기로 취수한 물, 하이드로겔 필터에 주입해 음용 가능한 물생산

10나노미터보다 큰 입자 100% 잡아내…기존 물여과 장치보다 효율 높아

더러운 물을 주사기로 모아 하이드로겔 필터에 주입해 거의 모든 작은 입자를 제거하는 이 새로운 시스템은 기존 상업용 옵션에 비해 비용, 간편성, 효율성 및 지속 가능성 측면에서 상당한 이점을 제공해 사용자가 인근 하천이나 강에서 취수한 물의 오염물질을 쉽게 제거하고 마실 수 있게 한다. [사진제공(Photo Source) = UT]

세계 인구의 약 4분의 1에 해당하는 20억 명이 넘는 사람들은 깨끗한 식수에 접근하지 못하고 있다. 텍사스대학교 오스틴캠퍼스의 연구진은 이러한 상황을 바꾸기 위해 저비용의 휴대 가능한 물 여과 솔루션을 개발했다.

더러운 물을 주사기로 모아 하이드로겔 필터에 주입해 거의 모든 작은 입자를 제거하는 이 새로운 시스템은 기존 상업용 옵션에 비해 비용, 간편성, 효율성 및 지속 가능성 측면에서 상당한 이점을 제공해 사용자가 인근 하천이나 강에서 취수한 물의 오염물질을 쉽게 제거하고 마실 수 있게 한다.

구이화 유(Guihua Yu) 텍사스대학교 오스틴캠퍼스(University of Texas at Austin) 기계 공학부의 코크렐 공과대학 워커(Cockrell School of Engineer's Walker)의 재료과학과 및 텍사스 소재 연구소 교수는 "특히, 외딴 지역이나 저개발 지역에 거주하는 사람들은 오염된 물에 의존하는 경우가 많기 때문에 이에 대한 즉각적인 관심과 인식이 필요하다"면서 "이 시스템은 다양한 유형의 입자를 제거하는 데 있어 높은 효율성을 갖춰 담수 가용성을 향상시키는 매력적이고 실용적인 해결책이다"고 설명했다.

이 연구는 『네이처 서스테이너블(Nature Sustainability)』에 게재됐다.

오늘날의 휴대용 물 여과 장치는 대부분 여과지와 미세다공성 막으로 이뤄져 있다. 연구에 따르면, 이 장치들은 10나노미터보다 큰 입자를 각각 약 40%, 80%를 걸러낸다. 하지만 새롭게 개발한 이 시스템은 이러한 입자를 거의 100% 잡아낸다. 

이와 함께 저렴하고 지속 가능하며 쉽게 구할 수 있는 재료로 만들어졌다. 특히, 거미줄 형태로 구성된 나노셀룰로오스 섬유는 정화된 물이 통과할 때 입자를 잡아낸다.

또한 사용 방법이 간단하다는 장점이 있다. 사용자는 주사기를 가장 가까운 수원으로 가져가 취수해 필터에 주입하면 깨끗한 물을 생산할 수 있다.

필터 시스템은 흙탕물, 강물 및 미세 플라스틱으로 오염된 물을 포함한 여러 유형의 수원에서 테스트 됐다. 하이드로겔 필름은 생분해성이며, 교체 전까지 최대 30회 사용할 수 있다.

연구진은 개인의 일일 식수 필요량의 약 40%에 해당하는 1.5리터의 대용량 주사기를 사용해 이 기술을 테스트했다. 또한 세계적인 식수 수요를 해결하기 위해 이 기술을 더 큰 규모로 사용할 수 있도록 지속 개발할 계획이다.

유 교수 연구실의 대학원생이자 이번 연구의 수석 저자인 추신 레이(Chuxin Lei)는 “세계 인구의 상당수가 신선한 수원을 이용할 수 있는 곳에서도 안전한 식수에 대한 접근이 부족한 것이 현실"이라며 "전 세계 사람들이 깨끗한 물을 얻는 데 도움을 줄 수 있어야 하는 간단하고 보편적이며 효율적인 입자 오염수 정화를 위한 재료와 장치가 시급히 필요하다"고 강조했다.

그 밖에도 중국 둥베이 임업대학교(Northeast Forestry University), 상하이 과학기술대학교(Shanghai Tech University), 칭화대학교(Tsinghua University)의 연구진이 이 프로젝트에 참여했다.

[원문보기]

Injectable Water Filtration System Could Improve Access to Clean Drinking Water

 

More than 2 billion people, approximately a quarter of the world’s population, lack access to clean drinking water. A new, portable and affordable water filtration solution created by researchers at The University of Texas at Austin aims to change that.

The new system collects dirty water with a syringe and injects it into a hydrogel filter that weeds out nearly all tiny particles. It also offers significant advantages in cost, simplicity, effectiveness and sustainability compared with existing commercial options, giving users the ability to easily decontaminate water from nearby streams and rivers and make it drinkable.

“The pressing concern of particle-polluted water, particularly in remote and underdeveloped regions where people frequently rely on contaminated water sources for consumption, demands immediate attention and recognition,” said Guihua Yu, a professor of materials science in the Cockrell School of Engineer’s Walker Department of Mechanical Engineering and Texas Materials Institute. “Our system, with its high efficiency in removing diverse types of particles, offers an attractive yet practical solution in improving freshwater availability.”

The research is published in Nature Sustainability.

Today’s options for portable water filtration of tiny particles mostly consist of filter paper and microporous membranes. According to the research, these devices filter out about 40% and 80% of particles larger than 10 nanometers, respectively. This new system catches close to 100% of these particles.

And it is made of low-cost, sustainable, readily available materials. The main innovation is an intertwined web of nanocellulose fibers that catches particles while the newly cleaned water passes through.

All the user has to do is take the syringe to the nearest water source, pull out the water and inject it through the filter. The system takes care of the rest, producing clean, drinkable water.

The filter system has been tested with several types of water sources, including muddy water, river water and water contaminated with microplastics. The hydrogel films are biodegradable and can be used up to 30 times before they need to be replaced.

The research team has tested the technology using syringes as large as 1.5 liters, about 40% of an individual’s daily drinking water needs. And they plan to continue developing the technology to use it at larger scales to tackle global drinking water needs.

The researchers were motivated by one of the United Nations’ Sustainable Development Goals to improve drinking water standards and sanitation worldwide.

“The reality is a large percentage of the world’s population lacks access to safe drinking water, even in places where fresh water sources are available,” said Chuxin Lei, lead author and a graduate student working in Yu’s lab. “There is an urgent need for simple, universal and efficient materials and devices for purifying particle-contaminated water, which should be able to help people around the world obtain clean water.”

Team members on the project also include collaborators from Northeast Forestry University, Shanghai Tech University and Tsinghua University in China.

[출처 = UT(The University of Texas at Austin)(https://news.utexas.edu/2024/01/22/injectable-water-filtration-system-could-improve-access-to-clean-drinking-water/) / 2024년 1월 22일]