[호주] RMIT 대학 연구팀, 자성 물질로 물 속 미세 플라스틱 걸러내는 방법 개발

자석 사용해 물 속 미세 플라스틱 빠르게 제거하는 혁신적인 방법 발견

단 1시간이면 물 속 미세플라스틱을 비용 효율적이며 지속가능하게 제거할 수 있는 기술이 개발됐다. 

호주 RMIT 대학(RMIT University)의 니키 에스티아기(Nicky Eshtiaghi) 교수가 이끄는 연구팀은 현재 하수처리장에서 검출 가능한 미세플라스틱보다 1천 배 작은 미세플라스틱을 제거하는 분말 형태의 흡착제를 개발했다고 밝혔다.

이 연구팀은 실험실에서 흡착제를 이용해 미세 플라스틱을 성공적으로 제거했으며, 이제 수로(waterways)에서 미세 플라스틱을 제거하기 위해 업계와 협력할 계획이다.이 연구 결과는 『화학 공학 저널(Chemical Engineering Journal)』에 게재됐다.

나시르 마흐무드(Nasir Mahmood) 박사, 박사과정 후보생인 무하마드 하리스(Mohammad Haris)와 니키 에스티아기(Nicky Eshtiaghi) 교수(왼쪽부터)는 미세 플라스틱으로 오염된 물 샘플과 자신들의 혁신적인 방법으로 정화한 깨끗한 물을 보고있는 사진. [사진제공 = RMIT University ]

에스티아기 교수는 "눈에 보이지는 않지만 환경에 매우 해로운 이 오염물질을 제거하기 위해 우리가 설계한 나노-기둥 구조(nano-pillar structure)는 폐기물에서 재활용되며 여러 번 사용할 수 있다"라며, "이것은 환경과 순환 경제를 위한 큰 발견이다"라고 말했다.

자석은 연구팀이 물에서 미세 플라스틱과 용해된 오염 물질을 제거하는 흡착제를 만드는 데 사용한 재료를 끌어드린다. [사진제공 = RMIT University ]

연구팀은 미세 플라스틱과 용해된 오염물질을 끌어들이기 위해 물에 섞을 수 있는 나노물질을 이용한 흡착제를 개발했다.

이 연구의 제1저자이자 공학대학원의 박사과정 후보생인 무하마드 하리스(Muhammad Haris)는 나노물질에 철이 포함되어 있어 연구팀이 자석을 사용하여 미세 플라스틱과 오염물질을 물에서 쉽게 분리할 수 있었다고 말했다.

또한 그는 "미세 플라스틱을 분리하는데 수일이 소요되는 기존의 방법에 비해 이 모든 과정은 한 시간이면 해결된다"라고 말했다.

공동 책임 연구원인 나시르 마흐무드(Nasir Mahmood) 박사는 나노-기둥 구조의 이 물질은 어떠한 2차 오염물질이나 탄소 발자국을 생성하지 않고 미세 플라스틱을 끌어들이도록 설계되었다고 말했다.

마흐무드 박사는 이어 "이 흡착제는 물에서 미세 플라스틱과 용해된 오염물질을 효과적으로 동시에 제거할 수 있도록 특별한 표면 특성으로 가졌다"며, “분해하는 데 최대 450년이 걸릴 수 있는 5밀리미터 미만의 미세 플라스틱은 기존 처리 시스템으로는 감지 및 제거가 불가능하여 매년 수백만 톤이 바다로 방출되거 있는 실정이다. 이것은 수중 생물에게 해로울 뿐만 아니라 인간의 건강에도 심각한 부정적인 영향을 미친다"고 설명했다

이 연구팀은 연구를 완료하기 위해 RMIT의 새로 확장된 첨단 제조 구역(Advanced Manufacturing Precinct)의 일부인 현미경 및 미세 분석 시설(Microscopy and Microanalysis Facility)과 마이크로 나노 연구 시설(Micro Nano Research Facility)로부터 과학 및 기술 지원을 받았다.

박사과정 후보생인 무하마드 하리스(Muhammad Haris, 왼쪽)와 니키 에스티아기(Nicky Eshtiaghi) 교수(오른쪽)가 물에서 미세 플라스틱과 용해된 오염 물질을 제거하는 흡착제로 개발한 자성 물질을 보여주고 있다. [사진제공 = RMIT University ]

에스티아기 교수는 미세 플라스틱이 제기하는 이러한 중요한 문제를 극복하기 위한 비용 효율적인 방법을 개발하는 것이 중요하다고 말했다.

에스티아기 교수는 이어 "우리의 흡착제는 현재 하수처리장에서 검출할 수 있는 것보다 1천 배 더 작은 미세 플라스틱을 제거할 수 있다"라며, "우리는 우리의 발견을 다음 단계로 이끌 산업 협력자를 찾고 있으며, 하수처리시설에서의 적용을 살펴볼 것이다"라고 말했다.

에스티아기 교수와 동료들은 슬러지 펌핑 시스템을 최적화하기 위한 최근 호주 연구 위원회 연결 프로젝트에서 퍼스(Perth)의 멜버른 워터(Melbourne Water)와 물 기업(Water Corporation)을 포함하여 호주 전역의 다양한 수도 시설과 협력한 바 있다.

[원문보기]

Magnetic material mops up microplastics in water

Researchers at RMIT University have found an innovative way to rapidly remove hazardous microplastics from water using magnets.

Lead researcher Professor Nicky Eshtiaghi said existing methods could take days to remove microplastics from water, while their cheap and sustainable invention achieves better results in just one hour.

The team says they have developed adsorbents, in the form of a powder, that remove microplastics 1,000 times smaller than those currently detectable by existing wastewater treatment plants.

The researchers have successfully tested the adsorbents in the lab, and they plan to engage with industry to further develop the innovation to remove microplastics from waterways.

The research results are published in the Chemical Engineering Journal.

“The nano-pillar structure we’ve engineered to remove this pollution, which is impossible to see but very harmful to the environment, is recycled from waste and can be used multiple times,” said Eshtiaghi from the School of Engineering.

“This is a big win for the environment and the circular economy.”

How does this innovation work?

The researchers have developed an adsorbent using nanomaterials that they can mix into water to attract microplastics and dissolved pollutants.

Muhammad Haris, the first author and PhD candidate from the School of Engineering, said the nanomaterials contained iron, which enabled the team to use magnets to easily separate the microplastics and pollutants from the water.

“This whole process takes one hour, compared to other inventions taking days,” he said.

Co-lead researcher Dr Nasir Mahmood said the nano-pillar structured material was designed to attract microplastics without creating any secondary pollutants or carbon footprints.

“The adsorbent is prepared with special surface properties so that it can effectively and simultaneously remove both microplastics and dissolved pollutants from water,” said Mahmood from the School of Science.  

“Microplastics smaller than 5 millimetres, which can take up to 450 years to degrade, are not detectable and removable through conventional treatment systems, resulting in millions of tonnes being released into the sea every year. This is not only harmful for aquatic life, but also has significant negative impacts on human health.”

The team received scientific and technical support from the Microscopy and Microanalysis Facility and the Micro Nano Research Facility, part of RMIT’s newly expanded Advanced Manufacturing Precinct, to complete their research.

What are the next steps?

Developing a cost-effective way to overcome these significant challenges posed by microplastics was critical, Eshtiaghi said.

“Our powder additive can remove microplastics that are 1,000 times smaller than those that are currently detectable by existing wastewater treatment plants,” she said.

“We are looking for industrial collaborators to take our invention to the next steps, where we will be looking at its application in wastewater treatment plants.”

Eshtiaghi and her colleagues have worked with various water utilities across Australia, including with Melbourne Water and Water Corporation in Perth on a recent Australian Research Council Linkage project to optimise sludge pumping systems.

‘Self-assembly of C@FeO nanopillars on 2D-MOF for Simultaneous Removal of Microplastic and Dissolved Contaminants from Water’ is published in the Chemical Engineering Journal (DOI: 10.1016/j.cej.2022.140390).

The co-authors are Muhammad Haris, Muhammad Waqas Khan, Ali Zavabeti, Nasir Mahmood and Nicky Eshtiaghi. Further questions and enquiries can be directed to nicky.eshtiaghi@rmit.edu.au

[출처 = RMIT University(https://www.rmit.edu.au/news/all-news/2022/nov/microplastics-removal) / 2022년 11월 30일]