물 속의 나노플라스틱: 제거 기술

물 속의 나노플라스틱: 제거 기술

 

나노 플라스틱은 우리가 매일 마시고 사용하는 물에서 점점 더 우려되는 문제가 되고 있다. 이러한 입자는 표준 수처리 방법으로는 제거하기 어렵고, 환경 내 잔류성과 인체 건강에 미칠 수 있는 잠재적인 부정적 영향으로 인해 효과적인 제거 기술을 개발하는 것이 필수적이다.

 

물 속 나노 플라스틱으로 인한 문제

 

나노 플라스틱은 바다와 강뿐만 아니라 수돗물, 생수, 심지어 일부 식품에도 존재하기 때문에 물 속 나노 플라스틱의 존재는 점점 더 우려되는 문제가 되고 있다. 100나노미터 미만의 작은 플라스틱 입자는 기존의 수처리 방법으로는 쉽게 걸러지지 않는다.

이러한 입자가 환경에 잔류하고 인체 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문에 효과적인 제거 기술을 연구하고 구현하는 것이 매우 중요하다.

나노플라스틱이 물에 미치는 영향은 다양한다. 수생 생물이 나노플라스틱을 섭취하여 잠재적으로 건강에 해를 끼칠 수 있다. 또한 먹이사슬을 타고 올라가 인간의 건강에도 영향을 미칠 수 있다. 또한 나노플라스틱은 수처리 공정을 방해하여 사람이 마실 수 있는 깨끗하고 안전한 물을 공급하는 것을 더욱 어렵게 만들 수 있다.

 

물에서 나노플라스틱을 제거하는 기술

 

물에서 나노플라스틱을 효과적으로 제거하기 위한 여러 가지 방법이 연구되었다. 이러한 기술 중 일부는 아래에 같다:

 

흡착제를 사용하여 물에서 나노플라스틱 제거하기

 

가장 먼저 논의할 방법은 흡착제를 사용하는 것이다. 흡착제는 액체에서 오염 물질과 결합하여 제거할 수 있는 물질이다. 연구자들은 벤토나이트와 카올린과 같은 특정 점토 광물이 나노 플라스틱과 결합하는 데 높은 친화력을 가지고 있다는 사실을 발견했다. 또한 일부 유형의 활성탄은 나노플라스틱을 효과적으로 흡착하는 것으로 밝혀졌다.

 

비표면적이 넓고 기공이 많기 때문에 금속-유기 골격 탄소 소재는 다양한 응용 분야의 흡착제로 제안되었다. 이러한 특성으로 인해 오염 물질을 흡착하는 데 매우 효과적이며 수처리를 위한 유망한 소재가 될 수 있다

 

특히 나노플라스틱 제거를 위해 한 연구에서는 물에서 폴리스티렌(PS) 나노플라스틱을 제거하기 위해 Cu-Ni 탄소 소재(CuNi@C)라는 물질을 사용하는 것에 대해 논의한다. 연구진은 CuNi@C가 PS 나노플라스틱을 효과적으로 흡착할 수 있으며, CuNi@C의 사용량이 증가함에 따라 제거 효율이 증가한다는 사실을 발견했다.

 

이 연구는 또한 물리적 흡착과 단층 커버리지가 CuNi@C에 대한 PS 나노 플라스틱 흡착의 주요 메커니즘이며 흡착 과정이 자발적이고 흡열적(흡열반응)이라는 것을 발견했다.

 

또한, CuNi@C를 여러 번 재활용하면서도 물에서 PS 나노플라스틱을 효과적으로 제거할 수 있다는 사실을 발견하여, CuNi@C가 수중 환경에서 PS 나노플라스틱을 제거할 수 있는 유망한 소재임을 시사했다.

 

 

 

자성 입자를 사용하여 물에서 나노 플라스틱 제거하기

 

두 번째 접근법은 물에서 나노 플라스틱을 끌어당겨 제거하는 데 사용할 수 있는 자성 입자를 적용하는 것이다. 이러한 자성 입자는 특정 유형의 플라스틱을 선택적으로 표적으로 삼는 특정 리간드(Ligand)로 기능화할 수 있다. 그런 다음 자성 입자는 자기장을 사용하여 물에서 쉽게 분리할 수 있다. (배위결합하고 있는 화합물의 중심금속 이온의 주위에 결합하고 있는 분자나 이온)

 

최근 Nature Communications에 발표된 연구에서는 다기능 MXene 유래 산화물 마이크로로봇을 사용하여 폐수에서 나노플라스틱을 포집하고 감지하는 새로운 방법을 제시했다. 이 마이크로로봇은 열 어닐링 공정을 통해 제작되었으며, 음의 광중력을 이용해 3D 공간에서 움직일 수 있다. 자체 추진력과 프로그래밍 가능한 제타 전위의 독특한 조합으로 나노 플라스틱을 표면에 끌어당겨 가둘 수 있으며, 자기적으로 수집할 수 있다. 이 개념 증명 연구는 이 방법이 수중 나노플라스틱의 현장 스크리닝 및 정화에 사용될 수 있음을 시사한다.

 

전기화학 기술을 이용한 물 속 나노플라스틱 제거하기

 

전기화학 기술을 기반으로 한 세 번째 접근법은 최근 Water Research에 게재된 리뷰에서 광범위하게 논의되었다. 이 논문에서는 도시 수역에서 마이크로/나노 플라스틱(MP/NP)을 식별하고 제거하기 위한 전기화학 기술의 최근 진전에 대해 논의한다. 이러한 기술은 구현의 용이성, 높은 효율성 및 환경 친화성으로 인해 인기를 얻고 있다.

 

이 문서에서는 MP/NP와 방출된 오염물질의 전기화학적 감지를 검토하고 이 과정에서 사용되는 원리와 특징적인 장치/전극을 살펴본다. 또한 전기 응고, 전기 흡착, 전기 운동 분리, 전기 화학적 분해와 같은 MP/NP 제거에 사용되는 전기 화학적 방법의 최근 적용 사례에 대해서도 설명한다.

 

또한 플라스틱의 특성, 전류 밀도, 전해질과 같은 중요 파라미터가 전기화학적 식별 및 MP/NP 제거에 미치는 영향도 분석한다.

 

물속에서 나노플라스틱을 제거하기 위한 생분해성 폴리머와 물리적 분리 방법

 

연구 중인 또 다른 제거 기술은 생분해성 폴리머를 사용하는 것이다. 이러한 폴리머는 나노플라스틱을 끌어당기고 결합하도록 설계되어 물에서 효과적으로 제거할 수 있다. 나노 플라스틱이 폴리머에 결합되면 쉽게 분리되어 물에서 제거될 수 있다.

 

마지막으로, 미세 여과 및 한외여과(ultrafiltration, UF)와 같은 물리적 분리 방법도 물에서 나노 플라스틱을 제거할 수 있는 잠재적인 방법으로 연구되고 있다. 이러한 방법은 멤브레인을 사용하여 나노 플라스틱을 물에서 물리적으로 분리한다.

 

결론

 

나노 플라스틱이 인체 건강과 환경에 미칠 수 있는 잠재적 영향을 완전히 이해하고 이러한 제거 방법의 효과를 개선하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다는 점에 유의하는 것이 중요하다.

 

또한 일회용 플라스틱의 사용과 폐기를 줄이고 적절한 폐기물 관리를 장려함으로써 이 문제를 해결하는 가장 좋은 방법은 여전히 예방이라는 점을 언급하는 것이 중요하다.

 

물 속의 나노 플라스틱은 심각한 환경 문제를 야기하지만, 실험실 환경에서 몇 가지 제거 기술이 가능성을 보였다. 더 큰 규모에서 그 효과를 확인하고 이러한 기술이 환경에 미치는 장기적인 영향을 평가하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다.

 

물에서 나노플라스틱을 제거하기 위한 새롭고 혁신적인 솔루션 개발이 증가하고 있는 추세는 희망을 가져다준다. 지속적인 연구와 개발을 통해 수중 나노플라스틱 문제에 대한 효과적이고 지속 가능한 해결책을 찾을 수 있기를 바란다.

 

 

참고 문헌 및 추가 자료

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