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[미국] 수질 오염을 제거하는 나노재료 개발을 주도하는 혁신 센터 구축
미국 애리조나 주립대학(ASU; Arizona State University) 공학자는 작은 크기와 중간 크기의 음용수 시스템(drinking water system)에서 혁신과 연구를 수행하는 센터의 일원으로 신규 연구를 수행할 계획이다. DeRISK(Design of Risk Reducing, Innovative Implementable Small System Knowledge) 센터는 현재 전 세계 지역 사회가 직면한 도전 과제인 수질 오염물질(water contaminants)의 삭감, 제어 및 제거 등을 수행하는 개선된 저비용 방법을 개발 및 테스트할 예정이다. 미국 환경보호국(EPA; Environmental Protection Agency)은 최근 애리조나 주립 대학, 알래스카 앵커리지 대학, 뉴햄프셔 대학 및 파트너로 농촌 지방 공동체 지원 협력 체제(Rural Community Assistance Partnership) 등을 통합하는 연구소를 구축 및 주도하기 위하여 콜로라도 대학 볼더 캠퍼스(University of Colorado-Boulder)에 4백만 달러 이상의 자금을 수여했다. 연구 센터의 전체적인 목표는 위험 감축, 지속 가능성, 위험을 낮추고, 작은 시스템에서 지속 가능한 사용과 적용 기회를 증가시킬 핵심 오염물질 그룹과 관련이 있는 혁신 기술에 대한 수행 접근 등의 원리를 적용하는데 초점을 맞추게 될 것이다. 새로운 누적 위험 평가 방법(cumulative risk assessment methodology)인 상대 건강 지표(Relative Health Indicator)의 이용을 통하여, 연구진은 두 가지 오염물질 군을 규명했다. 첫째, 미생물과 소독 부산물(DBPs; disinfection by-products), 둘째 음용수 소비자들에게 가장 큰 위험을 노출시킬 수 있는 무기화합물인 질산염 등이다. 혁신 기술은 다음과 같은 근거로 평가될 것이다. ① 이러한 오염물질에 의해 노출된 위험을 줄일 수 있는 가능성, ② 필요한 화학물질 추가의 제거, ③ 소규모 시스템에 의해 성공적으로 수행 및 유지될 수 있는지 여부 등이다. 연구 센터의 초점은 미국에서 대부분의 공공 용수 시스템(public water systems)을 차지하고 있는 보다 더 작은 음용수 시스템의 종류에 맞추게 된다. 수많은 시스템은 제한된 자원, 노호된 사회 기반 시설 및 안전음용수법(Safe Drinking Water Act) 규제에 대한 준수의 결여 등과 같은 어려움에 직면해 있다. 센터는 대학과 다양한 주 및 지역 정부 기관, 개인 분야 기관 및 캐나다의 작은 수질 시스템 네트워크 사이의 협력을 위한 허브로 작용할 것으로 기대된다. 이러한 EPA가 지원하는 다수 대학 센터의 일환으로 선정됨으로써, ASU는 환경과 공중 보건을 보호하기 위한 해결 방안을 개발하는 주도적인 연구 기관 중 하나로 다시 인정을 받게 될 것이라고 ASU 연구팀을 주도하게 될 Kiril Hristovski는 밝혔다. Hristovski는 ASU 산하 Ira A. Fulton 공과대학(Ira A. Fulton Schools of Engineering) 소속의 일원이며, 폴리테크닉 학교(Polytechnic School) 소속의 조교수이다. Hristovski 프로젝트의 연구 파트너로는 ASU의 학계 연구 프로그래밍 부학장이며 School of Sustainable Engineering and the Built Environment 교수인 Paul Westerhoff가 될 것이다. ASU 연구진은 수질을 개선하고, 작은 규모의 효율적인 광-기반 수처리 방안을 제공하기 위하여 일광과 공학적으로 제어된 광원을 포함한 새로운 광화학적 기반의 응용을 개발하는데 초점을 맞추게 될 것이다. 궁극적인 목적은 특정 화학물질을 추가하지 않고 질산염(nitrate)과 다른 오염물질을 무해한 최종 생성물로 전환하기 위하여 일광을 이용하는 방안에 근접 또는 이동할 수 있는 광촉매 수처리 방안(photocatalytic water treatment)에 대한 새롭고 지속 가능한 기술을 개발하는데 있다. 나노재료는 이러한 연구 노력에 중추적인 역할을 수행할 것이라고 Hristovski는 밝혔다. ASU에서 센터의 활동의 일환으로, 연구진은 광촉매 환원(photocatalytic reduction)에 의해 물에서 질산염과 6가 크롬(hexavalent chromium)과 같은 다른 오염물질을 제거할 수 있는 새로운 나노재료 기반의 처리 기술을 개발 및 시제품을 제작할 계획이다. 질산염은 질소 순환(nitrogen cycle)의 핵심 구성 원소를 대표하기 때문에, 모델 오염물질로 선택됐다. 지구 규모에 대하여 질소 순환의 지속 가능한 관리는 21세기 공학자들에게 원대한 도전 과제 중 하나로 국립 공학 아카데미(National Academy of Engineering)에 의해 지정됐다. 추정에 따르면, 미국에서만 2400백만 이상의 인구가 인간 건강과 환경에 높은 위험을 초래할 수 있는 음용수 공급원에 가장 산재한 오염물질인 질산염 오염(nitrate contamination)에 의해 영향을 받고 있다. 질산염은 가능한 발암성(carcinogenicity)에 대한 향후 관점에 대하여 국제 암 연구 기관(International Agency for Research on Cancer) 우선순위 리스트에 높은 순위를 보여주고 있는 물질이라고 Hristovski는 밝혔다. 6가 크롬은 이미 발암물질로 확인됐으며, 많은 사람들이 에린 브로코비치 이야기에 관심을 가졌던 것을 기억할 것이다. 물로부터 이러한 오염물질을 제거할 수 있는 새로운 기술의 개발은 공중 보건과 환경을 보호하기 위한 국가적 및 지구적 노력에서 상당히 중요하다고 그는 밝혔다.
[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2014년 11월 18일]
[원문보기]
Nanomaterials play a central role in effort to protect water quality
Arizona State University engineers will work as part of a new national center for research and innovation in small- and medium-sized drinking water systems.
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The Design of Risk Reducing, Innovative Implementable Small System Knowledge (DeRISK) Center will develop and test advanced, low-cost methods of reducing, controlling and eliminating water contaminants that present challenges to communities worldwide.
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The U.S. Environmental Protection Agency (EPA) recently awarded more than $4 million to the University of Colorado-Boulder to establish and lead the center together with Arizona State University, University of Alaska Anchorage, University of New Hampshire and the Rural Community Assistance Partnership as partners.
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The center’s focus will be on the kinds of smaller drinking water systems that make up most of the public water systems in the United States. Many of the systems face obstacles, such as limited resources, aging infrastructure and a lack of capability to comply with Safe Drinking Water Act regulations.
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| The center is envisioned to serve as a hub for collaboration between the universities and various state and local government agencies, private-sector organizations and the Canadian small water systems network.
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“By its selection to be part of this EPA-funded multi-university center, ASU is again being recognized as one of the leading research institutions in developing solutions for safeguarding the environment and public health,” said Kiril Hristovski, who will lead the ASU team. Hristovski is an assistant professor in The Polytechnic School, one of ASU’s Ira A. Fulton Schools of Engineering.
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His research partner on the project will be Paul Westerhoff, a professor in the School of Sustainable Engineering and the Built Environment and ASU’s vice provost of academic research programming.
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| The ASU researchers will focus on developing novel photochemical-based applications, including both sunlight and engineered light sources, to improve water quality and provide effective photon-based water treatment for small systems.
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“The ultimate goal is to develop novel and sustainable technologies for photocatalytic water treatment that can move us closer toward using sunlight to convert nitrate and other contaminants to innocuous end-products without addition of any chemicals. Nanomaterials will play a central role in this research endeavor,” Hristovski said.
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As part of the center’s activities at ASU, the researchers plan to develop and prototype novel nanomaterial-based treatment technologies, which can remove nitrate and other contaminants, such as hexavalent chromium, from water by photocatalytic reduction.
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Nitrate was selected as a model contaminant because it represents a key component of the nitrogen cycle. The sustainable management of the nitrogen cycle on a global scale is designated by the National Academy of Engineering as one of the Grand Challenges for engineers in the 21st century.
Estimates suggest that more than 24 million people in the United States alone are affected by nitrate contamination, making it the most ubiquitous contaminant in drinking water sources that poses high risk to human health and the environment.
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“Nitrate is high on the International Agency for Research on Cancer priority list for upcoming review of possible carcinogenicity,” Hristovski said.
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“Hexavalent chromium is already a confirmed carcinogen, and many may remember it as the focus of the Erin Brockovich story. Development of novel technologies that could eliminate these contaminants from water is of critical importance in the national and global effort to protect public health and the environment,” he said.
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