의사가 기름과 미세 플라스틱을 흡수하는 루파 스펀지를 개발

Tran Thi Viet Ha 박사(32세) 연구팀이 개발한 루파 스펀지는 물에서 기름과 미세 플라스틱을 분리하는 효과가 있어 환경 오염 문제 해결에 도움이 됩니다.

2021년, 베트남-일본 대학(베트남 국립대학, 하노이) 첨단기술공학부 강사인 Tran Thi Viet Ha 박사와 그녀의 팀원들은 루파 섬유로 초소수성 소재를 만들어 물 속의 기름과 미세플라스틱 입자를 제거하는 아이디어를 내놓았습니다. 연구팀은 1년이 넘는 연구 끝에 기본 층과 코팅 층의 두 가지 주요 구성 요소로 이루어진 초소수성 폼 제품을 만들어냈습니다.

베이스 층은 많은 친수성 하이드록실기를 함유하고 있어 자연스러운 흡수력을 제공하는 천연 오래된 루파 섬유로 만들어졌습니다. 세척 단계에서는 루파 표면을 왁스 층으로 담그고 뿌려 섬유의 거칠기를 만들고, 친수성에서 소수성으로 속성을 바꿉니다.

코팅은 밀랍, 야자왁스, 콩왁스 등으로 만들어졌으며, 모두 천연이고 환경친화적입니다.

왁스로 코팅된 스펀지는 방수 기능이 있으면서도 오일은 완벽하게 흡수합니다. 또한 3D 구조와 소재 표면과 플라스틱 입자 사이의 정전기적 상호 작용으로 인해 모세관 현상이 발생하여 크기가 약 5μm인 미세 플라스틱 입자를 쉽게 끌어당깁니다.

왁스로 코팅한 루파는 완벽하게 방수가 됩니다. 사진: 연구팀

시험 결과에 따르면, 루파의 소수성은 우수하고 물 접촉각은 150도 이상인 것으로 나타났습니다. 이는 석유를 분리하고 물 혼합물 속의 미세 플라스틱 입자를 포집하는 기본이 됩니다.

연구팀에 따르면, 물방울과 고체 표면 사이의 접촉각을 기준으로 표면의 소수성 또는 친수성을 평가합니다. 접촉각이 150도보다 크면 표면은 초소수성이 됩니다. 따라서, 루파 스펀지는 초소수성을 성공적으로 입증했습니다.

루파 스펀지는 약 72-88g/g의 속도로 기름을 흡수할 수 있고, 기름/물 혼합물의 분리 효율은 99%가 넘습니다. 또한, 해당 소재는 높은 미세 플라스틱 흡수율을 보였으며, 569g의 물에서 381mg의 폴리스티렌 미세 플라스틱을 분리해냈으며 이는 99% 효율에 해당합니다.

하 박사와 그의 동료들은 폴리우레탄 폼, 멜라민 폼 및 화학 코팅 재료와 같은 산업용 폼에 대해 복잡한 방법을 사용하여 실험실 규모에만 적합한 유사한 연구를 수행했습니다. 한편, 루파 소재와 천연왁스 코팅 방법은 실제로 대규모로 구현하는 것이 가능할 것으로 생각됩니다. 여의사는 "장비도 쉽게 구할 수 있어 공정이 간단하고, 기술력도 필요 없고, 특히 제조시간도 1시간 이내로 빠르다"고 말했다.

루파 스펀지는 기름에서 물을 분리할 수 있습니다. 사진: 연구팀

세계은행이 2022년 7월에 발표한 보고서에 따르면 베트남에서는 매년 약 310만 톤의 플라스틱 폐기물이 육지에 버려지는 것으로 추정됩니다. 미세 플라스틱 외에도, 기름은 직접 또는 간접적인 배출을 통해 수원으로 유입될 수 있으며 다양한 경로를 통해 환경으로 확산되어 사람과 동물에게 많은 잠재적인 건강 문제를 일으킬 수 있습니다.

이 문제를 해결하기 위해 소각, 화학적 처리, 생물학적 처리 등 여러 가지 방법이 시도되었지만, 2차 오염을 일으킬 수 있습니다. 예를 들어, 소각법은 물에서 기름을 제거하는 데 도움이 되지만, 공정 후 대량의 CO2와 SO2를 생성하여 공기를 오염시킵니다.

하 박사는 그룹의 섬유 폼이 환경 오염을 처리하고 위의 문제들을 극복하는 데 사용될 수 있다고 말했다. 해당 연구는 2023년 6월 환경기술과혁신 저널에 게재되었습니다.

조교수 베트남국립하노이대학교 화학부 응우옌 민 푸옹 박사는 석유와 미세 플라스틱이 베트남뿐만 아니라 전 세계적으로 큰 문제가 되고 있는 두 가지 환경 오염 물질이라고 평가했습니다. 표면 수역의 석유 유출 오염은 심각한 문제이며, 이를 제거하기 위한 재료는 매우 가볍고 수면에 떠다닐 수 있어야 합니다. 미세 플라스틱은 대형 플라스틱보다 독성이 더 강하며 육안으로 관찰이 가능합니다. 하 박사의 연구 그룹이 목표로 하는 두 가지 주제는 모두 시사적이고 실제적인 의의가 있습니다.

푸옹 부교수에 따르면, 수생 환경에서의 석유와 미세 플라스틱 처리와 관련된 연구는 국내외적으로 아직 매우 미미한 수준입니다. 아직까지 어떤 연구 그룹도 수생 환경에서 석유와 미세 플라스틱을 동시에 처리할 수 있는 소재를 개발하지 못했습니다.

그녀는 수세미를 이용해 환경 오염을 해결하는 것은 새롭고 독특한 아이디어라고 말했습니다. 수세미는 천연 소재이고 환경 친화적이며 생분해성이 있기 때문입니다. 루파는 표면적이 크고 기공 크기가 크며, 매우 가볍고 물 표면에 쉽게 떠다니는 등의 뛰어난 특성 때문에 물 속의 중금속 등 무기 오염물질을 처리하는 재료에 대한 일부 연구에 사용되어 왔습니다.

초소수성 재료는 선택적으로 기름을 흡수하는 능력 때문에 전 세계 과학자들의 관심을 받고 있습니다. 일반적으로 다공성 물질을 소수성 표면으로 변형하는 데는 화학적 방법이 사용됩니다.

PSG 푸옹에 따르면, 연구 그룹이 사용한 것처럼 천연 왁스를 이용해 재료 표면을 개질하는 것은 적용 가능성이 높은 흥미로운 아이디어입니다.

비치 타오

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