다양한 살충제 중 니트로페놀(nitrophenol)은 미국 환경보호국(EPA; US Environmental Protection Agency)이 가장 중요한 오염물질로 등록한 물질이다. 이 물질은 다양한 화학물질의 제조뿐 아니라 주로 염료, 약품, 살진균제(fungicide), 살충제 및 탄약 산업 등으로부터 배출되는 폐수에서 그 기원을 찾아볼 수 있다.

 

또 니트로페놀은 방향성 탄화수소의 수산기로 시작된 광산화로 인하여 대기 중에서 형성되어 물과 토양에 확산된다. 이 물질은 신경계에 즉각적인 독성 효과를 유발하며, 일부 보고서는 니트로페놀이 환경호르몬(endocrine disruptors)이라고 소개하고 있다. 따라서 오염 제공원인 물에서 이러한 종류의 살충제를 제거하기 위한 진보된 처리 기술에 대한 연구가 증가하고 있다.

이 연구는 셀룰로오스 아세테이트(CA; cellulose acetate) 나노여과 막의 특성과 수행력(즉 흐름과 폐기 거부)에 대한 도데실 황산 나트륨(SDS; sodium dodecyl sulfate) 음이온 계면활성제를 추가하는 효과를 조사했다. EPA가 음용수에서 유해한 살충제로 중요하게 다루도록 등재한 두 가지 원소인 p-니트로페놀(PNP; p-nitrophenol)과 DNSA(3,5-dinitrosalicylic acid)에 대한 여과가 이 연구의 주제로 선정됐다.

이란 라지 대학(Razi University) 연구진은 물에서 질화방향족 독소(nitro-aromatic poison)를 분리하기 위하여 셀룰로오스 아세테이트 막을 합성하고 수행력을 개선하는데 성공했다. 동 연구는 “셀룰로오스 아세테이트/도데실 황산 나트륨 나노여과 막의 제조 : 살충제 거부의 수행력 및 특성(Fabrication of cellulose acetate/sodium dodecyl sulfate nanofiltration membrane: Characterization and performance in rejection of pesticides)”이라는 제목으로 발표됐다.

막 공정, 특히 나노여과(nanofiltration)는 ① 물에서의 높은 수행력, ② 폐수 정화, ③ 오염된 물의 재사용, ④ 높은 분리 효율성(efficiency in separation), ⑤ 용이한 운영, ⑥ 화학적 화합물의 불필요성, ⑦ 비용 효율성 등과 같은 장점으로 인하여 유용한 방안으로 적용되어 왔다.

자체적인 높은 친수성(hydrophilicity)과 용매에 대한 이상적인 저항력(resistance) 및 낮은 비용 등을 이유로, 과학자들은 셀룰로오스 아세테이트 고분자를 나노여과 막을 합성하는데 적용하는 선택 사항의 하나로 고려하고 있다.

 

그러나 이러한 고분자로 합성된 막은 상대적으로 조밀하여 두께가 두꺼운 표면층을 지닌다. 이것은 통과하는 흐름(flux)에 감지할 수 있는 정도의 감소를 초래하고, 나노여과 막의 전반적인 수행력을 감소시킨다.

이 연구에서 먼저 셀룰로오스 아세테이트 나노여과 막이 이온 분리 방법(ion separation method)을 이용하여 합성됐다. 이후 음이온 계면활성제인 도데실 황산 나트륨은 막의 특성 및 구조를 변형하기 위하여 사용됐다.

 

그리고 마지막으로 다양한 환경 조건 하에서 질화방향족 독소의 침투 퍼센트와 흐름 등 두 가지 중요한 변수가 나노여과의 최종적인 효과를 평가하기 위하여 연구됐다고 이란 케르만샤 대학(Kermanshah University of Technology) 화학공학부 소속의 Negin Qae`mi 박사는 밝혔다.

연구 결과를 상세하게 기술하는데 있어서, 그녀는 나노여과의 표면층의 두께를 상당히 줄일 수 있을 뿐 아니라 투과성(porosity) 역시 크게 증가했다고 밝혔다. 나노여과의 표면 전하와 친수성에서 관찰된 바람직한 증가는 독의 침투성과 막을 통과하는 흐름에서 증가를 동시에 달성할 수 있다고 연구진은 밝혔다.

준비된 막의 특징은 주사전지현미경(SEM; scanning electron microscope), 원자현미경(AFM; atomic force microscope), 퓨리에 변환 적외선 스펙트럼 분석(FTIR-ATR), 물접촉각(water contact angle), 제타 포텐셜(zeta potential) 측정 등을 포함한 몇 가지 기법을 이용하여 규명됐다.

 

SDS 추가 공정은 셀룰로오스 아세테이트 막과 비교해서 보다 더 높은 순수한 물 흐름, 우수한 거부 및 흐름 등을 지닌 막을 얻을 수 있게 해주었다. 또, PNP와 DNSA의 거부는 용액의 pH, 용질의 구조적 특성 및 막 특성 등을 포함한 일련의 요인에 좌우된다는 것을 확인할 수 있었다.