[미국] 캘리포니아센트럴대, 금 활용 식수서 녹조 독성물질 제거 기술 개발

'금으로 장식된 니켈 금속-유기 구조체' 개발…녹조 독성물질 산화시켜 제거

플로리다센트럴대학교(University of Central Florida, UCF) 연구진은 금속을 사용해 사람, 어류, 조류 및 기타 생물에서 독성 또는 유해한 영향을 미치는 유해 조류 대번성(HAB)을 식수에서 제거하는 방법을 개발했다. 사진은 이우형(Woo Hyoung Lee) 환경공학과 부교수(왼쪽)와 양양(Yang Yang) 재료공학과 부교수(오른쪽).  [사진출처(Photo source) = 플로리다센트럴대학교(University of Central Florida)]

플로리다센트럴대학교(University of Central Florida, UCF) 연구진은 금속을 사용해 사람, 어류, 조류 및 기타 생물에서 독성 또는 유해한 영향을 미치는 유해 조류 대번성(HAB)을 식수에서 제거하는 방법을 개발했다고 밝혔다.

이 프로젝트는 미 전역 16개 대학에 120만 달러를 지원한 미국 환경보호청(EPA) P3(People, Prosperity and the Planet) 프로그램을 통해 자금을 지원 받았다.

플로리다센트럴대는 유해 녹조로 인해 생성되는 독소인 마이크로시스틴을 식수에서 제거하는 금으로 장식된 니켈 금속-유기 구조체(MOF)를 개발하는 것을 목표로 하는 2개년 프로젝트에 7만5천 달러를 지원 받았다.

플로리다센트럴대 연구팀에는 사무엘 아드제이 니모(Samuel Adjei-Nimoh) 환경공학 박사과정생, 니마유 조시(Nimanyu Joshi) 재료 과학 및 공학 박사과정생, 제니퍼 휴즈(Jennifer Hughes) 및 줄리아 고잉(Julia Going) 환경 공학부생이 참여했다. 또한 이우형(Woo Hyoung Lee) 환경공학과 부교수가 연구비 책임자로, 양양(Yang Yang) 재료공학과 부교수가 공동책임자로 함께 했다.

플로리다센트럴대 연구팀에는 사무엘 아드제이 니모(Samuel Adjei-Nimoh) 환경공학 박사과정생, 니마유 조시(Nimanyu Joshi) 재료 과학 및 공학 박사과정생, 제니퍼 휴즈(Jennifer Hughes) 및 줄리아 고잉(Julia Going) 환경 공학부생이 참여했다. UCF 학생들은 마시는 물에서 유해한 조류독소를 검출할 수 있는 바이오센서를 개발하고 있다. [사진출처(Photo source) = 플로리다센트럴대학교(University of Central Florida)]

이 교수는 "MOF는 수소 저장, 탄소 포집, 전기촉매, 생물학적 이미징 및 감지, 반도체 및 약물 전달 시스템과 같은 많은 연구 분야에서 촉매제로 사용돼 왔다"며 "이 프로젝트에서는 금으로 장식된 니켈 MOF를 광촉매로 사용해 수질오염물질을 제거하고 있다"고 설명했다.

금은 MOF로 코팅돼 햇빛에 반응하도록 도우며, 광촉매라고 알려진 이 반응은 마이크로시스틴을 산화시켜 물에서 제거한다.

호수가 많은 플로리다와 같은 지역의 담수 환경에서 마이크로시스틴은 유해한 녹조와 관련된 가장 흔한 시아노톡신이다. 이는 인간의 간 손상, 신부전, 위장염 및 알레르기 반응을 일으키는 것으로 알려져 있다. 플로리다센트럴대 연구진의 새로운 솔루션을 통해 수처리 시설은 더 깨끗하고 안전한 식수를 생산할 수 있다.

이 교수는 “깨끗한 식수는 기본적인 권리다. 특히 호수와 수로에 의존하는 플로리다 주민에게 더욱 그렇다”며 "수처리에 혁신적인 나노기술을 활용함으로써 독소를 제거할 뿐만 아니라 지역사회의 건강과 복지를 보호해 모두를 위한 더 밝고 건강한 미래를 보장한다"고 강조했다.

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Gold May Be Key Element for Cleaner Drinking Water

Gold may be a coveted precious metal, but it could also be the key to cleaner drinking water.

A team of UCF researchers is exploring the use of the metal to develop a novel method to rid drinking water of harmful algal blooms, or HABs, which occur when colonies of algae grow out of control and produce toxic or harmful effects on people, fish, birds and other living creatures.

Their project is supported through the U.S. Environmental Protection Agency’s People, Prosperity and the Planet (P3) program, which recently awarded $1.2 million to 16 collegiate teams across the United States.

UCF received $75,000 for their two-year project that aims to develop a gold-decorated nickel metal-organic framework (MOF) that removes microcystins — toxins produced by harmful algae blooms — from the water. MOFs are porous clusters of metal polymers that are used in many practical applications.

The UCF student team includes environmental engineering doctoral student Samuel Adjei-Nimoh, materials science and engineering doctoral student Nimanyu Joshi, and environmental engineering undergraduate students Jennifer Hughes and Julia Going. The principal investigator of the grant is Associate Professor of Environmental Engineering Woo Hyoung Lee, and the co-principal investigator is Associate Professor of Materials Science and Engineering Yang Yang.

“MOFs have been used as a catalyst for many research areas such as hydrogen storage, carbon capture, electrocatalysis, biological imaging and sensing, semiconductors and drug delivery systems,” Lee says. “In this project, we’re using the gold-decorated nickel MOF as a photocatalyst to remove water pollutants.”

The gold will be coated in an MOF, which will help it react to the sunlight. That reaction, known as photocatalysis, will result in the oxidation of the microcystins, removing them from the water.

Microcystins are the most common cyanotoxins linked to harmful algal blooms in freshwater environments, notably in regions such as Florida with abundant lakes. They’re known to cause liver damage, kidney failure, gastroenteritis and allergic reactions in humans. With the UCF team’s novel solution, water treatment facilities can produce cleaner, safer drinking water.

“Clean drinking water isn’t just a necessity, it’s a fundamental right, especially for Floridians who rely on our abundant lakes and waterways,” Lee says. “By leveraging the innovative nanotechnology for water treatment,  we’re not only removing toxins but also safeguarding the health and well-being of our communities, ensuring a brighter, healthier future for all.”

This is Lee’s second consecutive year receiving the P3 award. In 2023, his team was selected for their work on a biosensor that could detect microcystins early in their formation for faster eradication.

This is the 20th anniversary of the P3 program. Projects funded this year will tackle critical issues such as removing PFAS from water, combating harmful algal blooms, and materials recovery and reuse, says Chris Frey, assistant administrator for the U.S. Environmental Protection Agency’s Office of Research and Development, in a release.

“I commend these hardworking and creative students and look forward to seeing the results of their innovative projects that are addressing some of our thorniest sustainability and environmental challenges,” Frey says.

[출처 = 플로리다센트럴대학교(University of Central Florida)(https://www.cece.ucf.edu/2024/04/17/gold-may-be-key-element-for-cleaner-drinking-water/) / 2024년 4월 17일]