[미국] 중국 후난대 연구팀, 부유성 스폰지 이용 녹조 제거 기술 개발

부유성 스폰지에 분말 형태 바이오차 코팅해 친환경적 녹조 제거 기술 개발

호수에서 채집한 물샘플에 적용한 결과, 조류 세포 85% 이상 비활성화시켜

여름철 해변을 찾은 사람들은 유해 조류 대번성(harmful algal blooms, HABs)으로 불편함을 겪고 있다. 하지만 현재 유해 조류와 시아노박테리아(Cyanobacteria)를 제거하기 위한 효율적이거나 실용적인 방법은 전무하다.

중국 후난 대학교 연구팀은 숯과 같은 분말로 코팅한 부유성의 스폰지를 산화제와 함께 사용해 호수, 강물 등에서 채집한 샘플에서 85% 이상의 조류 세포를  제거하는 기술을 개발했다고 밝혔다. 이 연구는 『미국 화학회 ES&T 워터(ACS ES&T Water)』에 게재됐다.

유해 녹조와 시아노박테리아 마이크로시스티스 에르기노사(Microcystis aeruginosa, M. aeruginosa)는 사람과 동물에게 유해한 독소를 생성할 수 있다. 연구팀은 산과 강한 산화제가 M. aeruginosa의 세포를 손상시키고 파괴하지만 동시에 원치 않는 잠재적인 유해 물질을 생성한다는 것을 이전 연구를 통해 시사했다. 이전에 발표한 연구에 따르면 과황산염 기반 산화제가 이 종의 녹조를 제어할 수 있다고 제안했지만, 이러한 화합물이 효과적이려면 분말형 바이오차(탄소 함유 폐기물로 만든 숯과 같은 물질)와 같은 촉매를 필요로 한다. 이에 연구팀은 부산물로 환경을 손상시키지 않으면서 유해 조류 세포의 파괴를 촉진할 수 있는 바이오차를 함유한 부유 물질을 개발하고자 했다.

연구팀은 멜라민으로 만든 다공성 스폰지로 시작해 새우 껍질에서 분말 형태의 바이오차를 개발하는 데 성공했다. 연구팀은 스펀지와 바이오차 사이에 얇은 폴리비닐 알코올 층을 끼우고 화씨 572도에서 이 층을 함께 연결했다. 과황산염 기반 산화제와 함께 부유성의 스폰지는 실험 접시에 있는 M. aeruginosa 세포의 약 90%의 막을 5시간 이내에 손상시켰다. 세포막이 분리된 후 세포는 내부 내용물을 방출했고, 내부 내용물은 빠르게 더 작은 구성 요소로 분해됐다. 또한 연구팀은 촉매 스폰지와 과황산염 시스템을 실제 호수와 물샘플에 적용한 결과, 조류 세포의 85% 이상을 비활성화한 것으로 나타났다. 이러한 결과를 바탕으로 연구팀은 새로운 시스템이  성공적인 조류 처리 기술이 될 수 있다고 제안한다.

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A floating sponge could help remove harmful algal blooms

 

In the peak heat of summer, beachgoers don’t want their plans thwarted by harmful algal blooms (HABs). But current methods to remove or kill toxin-producing algae and cyanobacteria aren’t efficient or practical for direct applications in waterways. Now, researchers reporting in ACS ES&T Water have coated a floating sponge in a charcoal-like powder, and when paired with an oxidizing agent, the technique destroyed over 85% of algal cells from lake and river water samples.

Swaths of electric green and bright orange-red HABs, or the less brilliantly colored cyanobacteria Microcystis aeruginosa, can produce toxins that can sicken humans and animals. Researchers have shown that acids and strong oxidizing agents damage and destroy M. aeruginosa cells but simultaneously generate unwanted, potentially harmful products. More recently, Jiangfang Yu, Lin Tang and colleagues suggested that persulfate-based oxidants could control this species’ algal blooms, but these compounds require catalysts, such as powdered biochar — a charcoal-like substance made from carbon-containing waste — to be effective. So, the team wanted to develop a floating material containing biochar that would boost the destruction of harmful algal cells without damaging the environment with byproducts.

The researchers started with a porous sponge made of melamine and developed a powdered biochar from shrimp shells. They sandwiched a thin layer of polyvinyl alcohol between the sponge and the biochar, linking the layers together at 572 degrees Fahrenheit. In combination with a persulfate-based oxidizing agent, the floating sponge damaged the membranes of about 90% of the M. aeruginosa cells in lab dishes within five hours. After the membranes split apart, the cells released their internal contents, which rapidly broke down into smaller components. In addition, the researchers applied the catalyst sponge and persulfate system to real-world lake and water samples, and found that it inactivated more than 85% of the algal cells. Based on the results, the team suggests that the new system could be a successful algal remediation technique in environments affected by blooms.

The authors acknowledge funding from the National Natural Science Foundation of China, the China Postdoctoral Science Foundation, the National Key Research and Development Program of China, the Hunan Natural Science Foundation of Hunan Province and the Changsha Municipal Natural Science Foundation.

[출처 = ACS(https://www.acs.org/pressroom/presspacs/2023/august/floating-sponge-could-help-remove-harmful-algal-blooms.html) / 2023년 8월 1일]