나노

비엔나 대학의 엔지니어들은 물에서 유기 오염물질을 제거하기 위한 효율적인 필터를 만드는 새로운 복합 재료를 개발했습니다. 이 시스템은 그래핀 시트에 내장된 초다공성 "나노 스폰지"를 사용합니다.

새로운 필터의 핵심은 공유 유기 프레임워크(COF)라고 불리는 물질 종류입니다. 이러한 구조는 극도로 다공성이어서 작은 공간 내에 거대한 표면적이 포함되어 있어 많은 양의 분자를 붙잡는 데 효과적입니다. MOF(금속 유기 구조물)로 알려진 관련 재료는 탄소 포집, 담수화 또는 희박한 공기에서 식수를 끌어내는 데 사용하기 위해 연구되고 있으며 COF는 유사한 기능 세트를 가질 수 있습니다.

새로운 연구에서 연구원들은 COF를 사용하여 물에서 유기 염료를 제거하는 데 중점을 두었습니다. 이러한 화학 물질은 산업 폐수의 일반적인 오염 물질이며 제거하기 어려울 뿐만 아니라 독성과 발암성을 가질 수도 있습니다.

팀은 COF를 조정하여 유기 염료 분자를 선택적으로 붙잡을 수 있도록 했습니다. 여기에는 기공을 올바른 모양과 크기(0.8~1.6나노미터)로 만들고 표면에 음전하를 부여하여 양전하를 띤 염료 분자를 끌어당기는 작업이 포함됩니다.

하지만 넘어야 할 난관이 또 있었다. 재료가 분말 형태로 사용되면 바깥쪽 가장자리의 구멍이 먼저 분자로 채워지고 중앙의 구멍은 비어 있어 본질적으로 쓸모가 없게 됩니다. 그래서 연구팀은 그래핀 시트 위에 COF를 성장시켜 COF를 확산시키는 방법을 개발했습니다.

최종 결과는 그래핀 단일 원자 층 위에 2나노미터 두께의 COF 층이 되었으며, 이는 유기 염료 분자를 유지하기 위한 재료의 최대 용량을 증가시켰습니다. 그래핀 자체에는 상당히 큰 기공이 있어 COF가 작동하는 동안 물이 빠르게 흐를 수 있습니다.

“초박형 COF 층과 그것의 많은 흡착 부위와 결합된 그래핀 네트워크의 큰 기공은 특히 빠르고 효율적인 폐수 처리를 가능하게 한다”고 연구진은 말했다.

팀에 따르면 이 기술은 또한 상당히 저렴해야 한다고 합니다. 그래핀을 많이 사용할 필요가 없으며 COF를 청소하여 재사용할 수 있습니다.

이 연구는 Angewandte Chemie 저널에 게재되었습니다.

출처: 비엔나 대학교