싱가포르 과학자들은 환경 복원(environmental remediation)과 모니터링에서 나노재료의 역할에 대한 광범위한 분석을 제시했다. 나노재료는 자연적인 수계, 폐수 및 대기 등으로부터 독소와 박테리아를 정화시키는데 이용될 수 있다. 관련 논문은 “환경 복원을 위한 나노재료 보고서(A review on nanomaterials for environmental remediation)”라는 제목으로 Energy & Environmental Science에 발표됐다.
이 논문은 환경 복원에서 나노재료(nanomaterials)의 응용에 대한 개요를 제공하고 있다. 환경 복원 분야에서, 나노재료는 효과적으로 오염물질과 생물학적 오염물질을 제거할 수 있는 가능성을 제공한다. 나노입자, 튜브, 와이어 및 섬유 등과 같은 다양한 형태와 형상은 흡착제, 촉매 및 고분자와 함께 복합 재료를 형성하는 등과 같은 기능을 지니고 있으며, ① 이산화황, 일산화탄소 및 질소산화물 등과 같은 기체, ② 비소, 철, 망간, 질산염 및 중금속 등과 같은 오염된 화학 약품, ③ 지방족 탄화수소와 방향족 탄화수소 등과 같은 유기 오염물질, ④ 바이러스, 박테리아, 기생충 및 항생물질 등과 같은 생물학적 물질 등을 감지 및 제거하는데 사용된다.
나노재료의 독특한 특성은 환경으로부터 오염물질을 제거할 수 있게 해준다. 일반적으로 1~100나노미터 사이의 범위에 있는 나노입자의 극도로 작은 크기는 나노 형태가 아닌 동일한 재료와 비교했을 때, 부피 대비 상당히 큰 표면적(surface area; surface-to-volume ratio)을 창출하여 높은 반응성을 지니게 해준다.
은, 철, 금, 이산화티타늄(titanium oxide) 및 산화철(iron oxide) 등이 일반적으로 나노규모의 금속으로 이용되고 있으며, 연구진이 제안한 금속 산화물은 환경 복원에 사용될 수 있다. 예를 들면, 은 나노입자는 효과적인 항균제가 될 수 있다는 사실이 증명됐으며, 박테리아, 바이러스 및 곰팡이 등을 함유하는 폐수를 처리할 수 있다. 나노규모의 이산화티타늄 역시 박테리아를 사멸시키고, 일광에 의해 활성화될 때 물을 소독한다.
금 나노입자는 물에서 독성을 띠는 유기 염소 화합물, 살충제 및 무기 수은 등과 같은 오염물질을 제거하는데 유용한 또 다른 재료가 될 가능성이 있다. 금 나노입자는 공기를 정화시키는데 역시 이용될 수 있다. 이산화티타늄과 결합하여, 금 나노입자는 독성을 띠는 대기 오염물질인 이산화황을 황으로 전환시킬 수 있다는 것은 확인된 바 있다. 이산화티타늄 나노재료는 물을 소독하기 위한 일부 공정에 일반적으로 사용되고 있다. 부가적으로 이 재료는 할로겐화 화합물을 분해하고 음용수와 폐수로부터 금속 독소와 염료를 제거한다.
연구진은 각 연구들이 탄소 나노재료가 광범위한 오염물질을 제거하는데 특히 적합하다는 것을 보여주었다고 지적했다. 예를 들면, 탄소 나노튜브 클러스터는 물을 오염시키는 박테리아를 흡수함으로써, 물을 정화하는데 이용되고 있다. 벤젠과 1,2-다이클로로벤젠(1,2-dichlorobenzene)을 포함한 유기 오염물질뿐 아니라 카드뮴과 같은 중금속 역시 탄소 나노튜브 재료에 의해 물에서 제거될 수 있다.
과학자들은 나노입자가 환경으로 배출됨으로써 유발되는 환경과 인간 건강에 손상을 끼칠 수 있는 가능성을 줄이기 위하여 다공성 레진, 셀룰로오스 및 실리카 등과 같은 호스트 고분자 재료에 나노입자를 부착시킬 수 있다고 제안했다. 따라서 호스트 재료에 고정된 나노입자는 크기가 더 커지고, 폐수로부터 포획되어 용이하게 제거될 수 있다. 예를 들면, 나노규모의 산화아연과 같은 나노입자는 유기염소 살충제, 할로겐으로 치환된 제초제 및 아조 염소(azo dyes) 등을 분해하기 위하여 사용된다.
오염 정화와 더불어, 나노입자는 토양, 대기 및 수중 환경에서 독소, 중금속 및 유기 오염물질을 모니터링하기 위한 센서로 이용될 수 있으며, 나노입자로 구현된 센서는 상용 센서보다 더 민감하고 선택적으로 사용될 수 있다는 사실이 확인됐다. 나일론 6 나노-섬유(nylon 6 nano-fibre) 그물로 구성된 센서 스트립도 이러한 사례 중 하나이다. 이 재료는 건축 자재와 가정용 제품의 제조에 광범위하게 사용되고 있는 독성 대기 오염물질인 알데히드를 감지하는데 사용된다. 노란색 센서 스트립은 포름알데히드에 노출되면 빨간색으로 변한다.
과학자들은 현재 진행되고 있는 연구가 산업, 수송 및 다른 인간 활동 등으로부터 물, 토양 및 대기 환경으로 유입되는 오염물질을 정화하는 데 유망하다는 것을 보여주는 나노재료의 제조, 형태, 크기, 구조 및 기능성 등이 추가로 개선될 필요가 있다는 것을 인식하고 있다. 나노재료의 행동 양식에 대한 개선된 이해와 환경에 손상을 초래할 수 있는 가능성을 인식하는 것이 필요하다.
그림1> Ag+ 이온의 항균물질 활성(antimicrobial activity)에 대한 다른 메커니즘
그림2> 염소로 치환된 용매 제거를 위한 나노규모 두 가지 금속으로 된 입자
키워드 : 환경 복원, 나노재료, 표면적
출처: KISTI 미리안 글로벌동향브리핑
원문:
http://www.nanowerk.com/news2/newsid=27412.php 년도: 2012-11-16
