[캐나다] 엘버타 대 연구팀, 닭 깃털로 정수필터 만드는 연구 발표

바이오 기반 필터, 8가지 중금속 최대 99%까지 동시 제거

연구원 무함마드 주베어(왼쪽)와 아물라교수는 닭 깃털에서 발견된 케라틴을 화학적으로 변형해 개발한 두 가지 개선된 폐수 여과 물질의 샘플을 선보이고 있다. [사진제공 = University of Alberta]

 

앨버타 대학교(University of Alberta)의 한 연구팀은 닭 깃털을 사용해 물 속 오염물질을 제거하는 필터를 생산할 수 있다는 가능성을 시사한 연구를 발표했다.

이 연구에서는 깃털의 있는 케라틴이라는 일종의 단백질 성분이 관정 또는 덕아웃 물(Dugout Water, 땅을 파거나 제방을 쌓아 물을 저장하는 저수지)에서 일반적으로 발견되는 중금속의 흑찹 방법을 개선시키는 것으로 나타났다.

본 연구의 저자인 함마드 주베어(Muhammad Zubair) 농업, 생명 및 환경 과학부의 생물 자원 기술 박사 과정생은 "이 연구는 바이오 기반 필터가 8가지 중금속을 최대 99%까지 동시 제거할 수 있다는 최초의 연구로, 현재까지 가장 높은 제거율을 보인다"라고 설명했다.

그는 이어 "이러한 연구 결과는 세계적인 문제를 해결하기 위한 저비용의 지속가능한 방법으로서 버려지는 가금류 부산물의 잠재력을 증가시킨다"면서 “깨끗한 식수에 대한 접근은 건강하고 지속가능한 사회를 구축하기 위한 핵심 요소이지만, 남아시아와 같은 많은 국가의 지하수는 중금속으로 오염돼 있으며, 비소만 해도 70개국의 1억3천700만 명에게 영향을 미치고 있다”라고 덧붙였다.

아만 울라(Aman Ullah) 교수와 루페스 시암라데비 모한다스(Roopesh Syamladevi Mohandas) 교수가 감독한 이 연구는 U of A's Future Energy Systems 프로그램을 통해 울라 교수가 이끄는 바이오 기반 흡착제에 대한 지속적인 연구에 기여한다.

흥미로운 도약

깃털에서 발견되는 단백질의 흡착 성능을 개선하기 위해 주베어 박사 과정생은 케라틴의 특성을 수정하기 위해 산화 그래핀과 나노키토산을 별도의 실험에서 사용했다. 화학 약품으로 깃털을 처리하면서 오염물질을 흡착하기 위해 흡착제에 더 많은 표면적을 생성했다.

주베어 박사 과정생의 연구에 따르면 사용된 두 화학 약품 모두 시뮬레이션된 폐수의 작은 샘플에서 비소, 카드뮴, 크롬, 코발트, 납, 니켈, 셀레늄 및 아연을 제거하는 데 효과적인 것으로 입증됐다.

닭 깃털에서 나오는 케라틴을 나노치토산(왼쪽)과 산화 그래핀(오른쪽)으로 변형해 흡착 특성을 개선했다. [사진제공 = University of Alberta]

 

또한 모든 독소(toxins)는 석유, 가스 및 광산과 같은 가공 산업에서 사용되는 폐수에서도 일반적으로 발견된다.

주베어 박사 과정생은 "흡착제의 용량을 늘리는 것은 '더 큰 효율을 위한 흥미로운 진전'이라며, "두 화학 물질을 연구하면서 흡착 과정에서 케라틴과 중금속 사이의 상호작용에 대한 더 나은 이해를 쌓았다"라고 말했다.

그는 이어 "이는 우리가 연구한 8가지 유형 이상의 다른 중금속을 흡착하기 위해 케라틴의 특성을 더욱 수정하는 데 도움이 될 수 있다"라고 덧붙였다.

글로벌 영향 가능성

가금류 사용을 위해 모의 합성수에서만 테스트되었지만, 흡착 기술은 석유 및 가스 처리 및 기타 화학 관련 산업의 폐수에도 사용될 가능성이 있다고 제안했다.

주베어 박사 과정생은 끝으로, "이 기술은 앨버타를 넘어 전 세계에 영향을 미칠 수 있다"라고 말했다.

화학 처리된 케라틴은 이제 더 많은 양의 폐수에서 테스트될 것이며, 이를 통해 산업적 규모로 확대하려는 목표의 한걸음 더 나아갈 수 있을 것이다.

[원문보기]

Researchers take a step forward in turning chicken feathers into water filters

Improved technology boosts potential for a low-cost, sustainable solution to the global problem of contaminated water.

 

New University of Alberta research is fluttering closer to turning chicken feathers into an effective filter for water decontamination.

Experiments using two chemical agents have improved how keratin from the feathers adsorbs — or sticks to — heavy metals usually found in surface, well or dugout water used by poultry producers for their stock.

The research shows that for the first time, the bio-based filter can remove up to 99 per cent of eight heavy metals simultaneously — the highest numbers yet, says Muhammad Zubair, who conducted the work to earn a PhD in bioresource technology from the Faculty of Agricultural, Life & Environmental Sciences. 

That finding increases the throwaway poultry byproduct’s potential as a low-cost, sustainable way to solve a larger global problem, he says. 

“Access to clean drinking water is a key to building a healthy and sustainable society, yet many countries, like in South Asia, have groundwater that is contaminated with heavy metals. Arsenic alone has affected 137 million people in 70 countries.” 

Zubair’s work, supervised by professors Aman Ullah and Roopesh Syamaladevi Mohandas, contributes to ongoing research into bio-based sorbents, led by Ullah through the U of A’s Future Energy Systems program.

“An exciting step forward”

To help improve adsorption of the protein found in the feathers, Zubair used graphene oxide and nanochitosan in separate experiments, to modify the properties of the keratin. Treating the feathers with the chemical agents created more surface area in the adsorbent — which looks like a black powder — to capture contaminants. 

Both chemical agents proved effective at removing arsenic, cadmium, chromium, cobalt, lead, nickel, selenium and zinc from small samples of simulated wastewater, Zubair’s research showed. 

All of the toxins are also commonly found in wastewater used in processing industries such as oil, gas and mining. 

Boosting the capacity of the adsorbent “is an exciting step forward for greater efficiency,” he adds. 

Working with the two chemicals also built a better understanding of the interaction between keratin and heavy metals during adsorption, he adds.

“That may help us to further modify the keratin’s properties, to adsorb other heavy metals beyond the eight types we worked with.”

Potential for global impact

Though only tested in simulated synthetic water for poultry use, the adsorbent technology has potential tobe used in wastewater from oil and gas processing and other chemical-related industries as well, he suggests.

“This technology could go beyond Alberta and have a global impact.” 

The chemically treated keratin will now be tested in larger volumes of wastewater, part of the process aimed at eventually bringing it to industrial scale.

Zubair, who also holds a master of science in bioresource technology, was supported in his research by an Alberta Innovates Graduate Student Scholarship, the John and Patricia Schlosser Environment Scholarship and the J Macgregor Smith Graduate Scholarship. The research was also funded by Alberta Agriculture and Forestry (AFC), Results Driven Agriculture Research (RDAR) and the Canadian Agricultural Partnership (CAP).

[출처 = University of Alberta(https://www.ualberta.ca/folio/2023/06/researchers-take-step-forward-in-turning-chicken-feathers-into-wastewater-filters.html) / 2023년 7월 5일]