[대만] 폐수를 정화시키는 회전하는 CDs 개발
대만 국립대학(National Taiwan University) 소속의 물리학자인 Din Ping Tsai를 주축으로 하는 연구진은 오래된 음악 오디오 콤팩트디스크(CD; compact disk)에 대한 새로운 사용 가능성을 발견했다. 연구진은 광촉매 화합물(photocatalytic compounds)을 CD에 코팅함으로써, CD가 회전하는 동안 물을 정화시키는 방법을 발견했다.
1990년대에 열광적인 붐을 일으켰던 오디오 CD는 MP3 파일과 iPods의 보급에 밀려 음악 애호가들에게 광대한 CD 소장과 관련된 문제를 어떻게 처리할 것인가의 의문만 남긴 채 점차 폐물이 되고 있다. 대만 연구진은 오래된 CD를 전위 미술 작업으로 전환시키는 동시에 보다 더 실용적인 응용을 해결할 수 있는 방안을 제안했다.
연구팀은 이러한 새로운 폐수 처리 장치를 2013년 10월 6일부터 10일까지 미국 플로리다 주 올랜도(Orlando)에서 개최되는 미국 광학회(OSA; Optical Society) 연차 회의인 Optical Society FiO(Frontiers in Optics)에서 선보일 예정이다.
광학 디스크(optical disk)는 저렴하고 용이하게 이용할 수 있으며, 매우 일반적으로 사용되고 있다고 Tsai는 밝혔다. 200억 개에 가까운 디스크가 이미 매년 제조됐으며, 따라서 폐수 처리를 위하여 오래된 디스크를 사용하는 것은 폐기물을 줄이는 방안까지 제공할 수 있다고 Tsai는 밝히고 있다.
Tsai와 대만 국립대학 소속의 동료 연구진, 대만 국립 응용 연구소(National Applied Research Laboratories in Taiwan) 및 타이완 응용과학 연구소(Research Center for Applied Sciences in Taiwan ) 등의 연구진으로 구성된 연구팀은 작고 수직인 산화아연 나노로드(zinc oxide nanorod)를 성장시키기 위한 토대로 광학 디스크의 넓은 표면적을 이용했다. 산화아연은 광촉매로 작용하는 저렴한 반도체로 자외선이 조사될 때 폐수에서 오염물질 같은 유기 분자를 분해시킨다.
다른 연구진이 오염물질을 분해하기 위하여 산화아연을 이용한 실험을 수행한 반면, Tsai 연구팀은 광학 디스크 위에 광촉매를 성장시킨 최초의 연구를 수행했다. 디스크는 내구성이 있으며 빠르게 회전할 수 있기 때문에, 장치 위에 떨어진 오염된 물은 빛이 쉽게 통과할 수 있는 박막에 확산되어 분해 공정이 가속된다.
대만 연구팀의 완벽한 폐수 처리 장치는 약 1입방피트(cubic foot)의 부피에 해당한다. 산화아연으로 코팅된 광학 디스크와 더불어, 이 장치는 자외선 광원과 추가로 오염물질을 더 분해하기 위하여 물을 재순환시키는 시스템으로 구성된다.
연구팀은 광촉매 반응의 속도를 평가하는데 종종 이용되는 모델 유기 화합물인 메틸오렌지 염료(methyl orange dye) 용액으로 반응기를 테스트했다. 60분 동안 염료 0.5리터를 처리한 후, 연구팀은 오염물질의 95% 이상이 분해됐다는 사실을 확인했다. 장치는 1분당 폐수 150 mL를 처리할 수 있다고 연구진은 밝혔다.
회전하는 디스크 반응기(spinning disk reactor)는 작고, 동력을 적게 소비하며 다른 광촉매 폐수 처리 방법보다 오염된 물을 보다 더 효율적으로 처리한다고 Tsai는 밝혔다. 장치는 가정 폐수, 도시 유출수, 공업 폐수(industrial effluent) 및 농가 폐수 등으로 오염된 물을 정화하기 위하여 소규모로 이용될 수 있다.
앞으로 연구팀은 반응기의 효율성을 증가시키는 방안에 대하여 연구할 계획이며, 적층 디스크 층을 생성시킴으로써 시스템이 곧 더욱 더 신속하게 작동하도록 개선될 수 있을 것으로 Tsai는 전망하고 있다.
프레젠테이션 FW1A “광분해를 위한 산화아연 나노로드 광디스크 광촉매 반응기(Zinc Oxide Nanorod Optical Disk Photocatalytic Reactor for Photodegradation)”는 10월 9월 수요일 오전 8시 15분에 개최될 예정이다.
[출처 : KISTI 미리안(http://mirian.kisti.re.kr) 『글로벌동향브리핑(GTB)』2013. 09. 30]
[원문보기]
Spinning CDs to Clean Sewage Water
Scientists find a potential new use for old music CDs: coating disks in photocatalytic compounds and spinning them to clean water
WASHINGTON, Sept. 23, 2013 – Audio CDs, all the rage in the ‘90s, seem increasingly obsolete in a world of MP3 files and iPods, leaving many music lovers with the question of what to do with their extensive compact disk collections.
[그림1] 산화아연 나노로드로 전체 코팅된 광학 디스크 이미지
While you could turn your old disks into a work of avant-garde art, researchers in Taiwan have come up with a more practical application: breaking down sewage. The team will present its new wastewater treatment device at the Optical Society's (OSA) Annual Meeting, Frontiers in Optics (FiO) 2013, being held Oct. 6-10 in Orlando, Fla.
“Optical disks are cheap, readily available, and very commonly used,” says Din Ping Tsai, a physicist at National Taiwan University. Close to 20 billion disks are already manufactured annually, the researchers note, so using old disks for water treatment might even be a way to cut down on waste.
Tsai and his colleagues from National Taiwan University, National Applied Research Laboratories in Taiwan, and the Research Center for Applied Sciences in Taiwan used the large surface area of optical disks as a platform to grow tiny, upright zinc oxide nanorods about a thousandth the width of a human hair. Zinc oxide is an inexpensive semiconductor that can function as a photocatalyst, breaking apart organic molecules like the pollutants in sewage when illuminated with UV light.
[그림2] 디스크 위에 성장시킨 작은 나노로드
주사전자현미경(SEM; scanning electron microscope)
While other researchers have experimented with using zinc oxide to degrade organic pollutants, Tsai’s team is the first to grow the photocatalyst on an optical disk. Because the disks are durable and able to spin quickly, contaminated water that drips onto the device spreads out in a thin film that light can easily pass through, speeding up the degradation process.
The Taiwanese team’s complete wastewater treatment device is approximately one cubic foot in volume. In addition to the zinc oxide-coated optical disk, the device consists of a UV light source and a system that recirculates the water to further break down the pollutants.
The research team tested the reactor with a solution of methyl orange dye, a model organic compound often used to evaluate the speed of photocatalytic reactions. After treating a half-liter solution of dye for 60 minutes, they found that over 95 percent of the contaminants had been broken down. The device can treat 150 mL of waste water per minute, the researchers say.
The spinning disk reactor is small, consumes little power, and processes contaminated water more efficiently than other photocatalytic wastewater treatment methods, Tsai says. The device could be used on a small scale to clean water contaminated with domestic sewage, urban run-off, industrial effluents, and farm waste. Going forward, the team is also working on ways to increase the efficiency of the reactor, and Tsai estimates that the system could soon be improved to work even faster, perhaps by creating layers of stacked disks.
Presentation FW1A, “Zinc Oxide Nanorod Optical Disk Photocatalytic Reactor for Photodegradation,” takes place Wednesday, Oct. 9 at 8:15 a.m. EDT at the Bonnet Creek Ballroom, Salon IV at the Hilton Bonnet Creek in Orlando, Fla.
EDITOR’S NOTE: Images and a video demonstration of the system are available to members of the media upon request. Contact Lyndsay Meyer,
lmeyer@osa.org.
PRESS REGISTRATION: A press room for credentialed press and analysts will be located in the Hilton Bonnet Creek, Sunday through Thursday, Oct. 6-10. Those interested in obtaining a press badge for FiO should contact OSA's Lyndsay Meyer at 202.416.1435 or
lmeyer@osa.org.
About the Meeting
Frontiers in Optics (FiO) 2013 is the Optical Society’s (OSA) 97th Annual Meeting and is being held together with Laser Science XXIX, the annual meeting of the American Physical Society (APS) Division of Laser Science (DLS). The two meetings unite the OSA and APS communities for five days of quality, cutting-edge presentations, fascinating invited speakers and a variety of special events spanning a broad range of topics in optics and photonics—the science of light—across the disciplines of physics, biology and chemistry. An exhibit floor featuring leading optics companies will further enhance the meeting. More information at
www.FrontiersinOptics.org.
About OSA
Founded in 1916, The Optical Society (OSA) is the leading professional society for scientists, engineers, students and business leaders who fuel discoveries, shape real-world applications and accelerate achievements in the science of light. Through world-renowned publications, meetings and membership programs, OSA provides quality research, inspired interactions and dedicated resources for its extensive global network of professionals in the optics and photonics field. For more information, visit
www.osa.org.
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