KIT, 광촉매 반응으로 식수에서 호르몬 제거하는 화학공정 개발

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-06-01 09:40:55
  • -
  • +
  • 인쇄
3'00"읽기
* 1조 개의 물 분자마다 하나의 호르몬 분자. 극도로 낮은 농도이다.
* 분자 팔라듐 포르피린으로 특수 코팅된 필터 멤브레인에 방사되는 강한 빛을 사용
* 에스트라디올 98%로 걸러져
* 빛의 강도와 공정에 필요한 포르피린의 양과 백금 금속 그룹의 값비싼 팔라듐 대신 다른 금속 있는지 추가 연구 필요

식수에서 호르몬을 제거하는 새로운 방법
광촉매 반응으로 물속의 생물학적으로 효과적인 미세 오염 물질이 무해하게 된다 .


가장 작은 불순물 처리 :
연구자들이 향후 식수에서 호르몬 잔류물과 호르몬 유사 약물을 제거할 수 있는 화학적 공정을 개발했다. 이를 위해 특수 코팅된 필터 멤브레인에 조사되는 강한 빛을 사용한다. 이것은 물의 호르몬과 같은 오염 물질을 무해한 산화 생성물로 전환시키는 반응성이 높은 산소 라디칼을 생성한다. 

▲ 특수 코팅된 멤브레인(빨간색)은 빛의 영향으로 음용수에 있는 호르몬 잔류물을 중화한다. © Markus Breig / KIT


의약품, 살충제, 화학 물질 또는 호르몬 등 폐수에는 잠재적으로 유해한 화학 물질이 많이 있습. 정화되지 않아서 물이나 식수에 들어가면 이미 나노 범위의 농도로 인간, 동물 및 환경에 영향을 미칠 수 있다. 이것은 에스트라디올, 테스토스테론 또는 프로게스테론과 같은 성호르몬의 경우 특히 그렇다. 그러나 현재 대부분의 수질 정화 및 처리 기술은 의약 물질과 호르몬 활성 화합물을 완전히 제거하지 못했다.

도우미로서의 빛

KIT(Karlsruhe Institute of Technology)의 안드레아 쉐퍼(Andrea Schäfer)는 "과학의 과제는 호르몬 분자를 공격하는 보다 민감한 방법을 개발하는 것"이라고 설명했다.

문제 :
스테로이드 호르몬은 지금까지 일반적으로 사용되는 방법으로는 물에서 검출하기가 매우 어려우며 거의 제거할 수 없는데, 소량으로도 생물학적 효과를 나타낼 수 있다.
“1조 개의 물 분자마다 하나의 호르몬 분자가 있다. 이것은 극도로 낮은 농도다”고 연구원은 말했다.
이것이 Schäfer와 그녀의 동료 로만 류비멘코(Roman Lyubimenko)가 이끄는 팀이 그러한 미세 오염 물질을 감지하고 측정할 뿐만 아니라 제거할 수 있는 방법을 찾고 있는 이유다.

 

이를 위해 그들은 광촉매 공정을 선택했다. 이 과정은 빛이 큰 구멍이 있는 고분자 막에 조사되어 반응을 유발한다. 연구팀은 이것을 가시광선을 흡수할 수 있는 분자 팔라듐 포르피린으로 코팅했다. "감광제 분자로 각개별 기공의 표면을 코팅하여 표적 영역을 확대하는 것이 중요하다"고 Lyubimenko는 설명했다.

▲ 실험 개요도 (출처:관련논문 Photodegradation of steroid-hormone micropollutants in a flow-through membrane

reactor coated with Pd(II)-porphyrin)


에스트라디올은 98%로 걸러졌다.

첫 번째 테스트 결과 :
나노 범위까지 미세 오염 물질의 화학적 분해가 새로운 공정에서 작동한다.
시뮬레이션된 햇빛이 코팅된 멤브레인에 닿으면 소위 단일항 산소(고 반응성 산소 종)를 생성하는 화학 과정을 촉발한다. 산소는 물속의 호르몬 분자와 특이적으로 반응해 생물학적으로 무해한 산화 생성물로 전환한다.

Lyubimenko와 그의 동료들은 1시간 만에 멤브레인 평방 미터당 60~600리터의 물을 걸러 낼 수 있었다. 과학자들은 가장 생물학적으로 활동적인 스테로이드 호르몬 에스트라디올의 농도를 리터당 100에서 2나노그램(ng)으로 낮췄다. 이는 98% 감소에 해당한다.
Schäfer는 "이는 EU 목표인 리터당 1나노그램에 매우 근접하게 한다"고 강조했다. 광촉매 여과는 다른 스테로이드 호르몬의 혼합물에서도 작동했다.

최적화 진행 중

연구팀은 "이 연구는 미세 오염 물질을 효과적으로 제거하기위한 태양열 광촉매 수처리 기술에 대한 새로운 통찰력을 제공한다"고 말했다. 이제 목표는 광촉매 공정을 더욱 최적화하고 더 큰 규모로 옮기는 것이다.
무엇보다도 어떤 빛의 강도와 공정에 필요한 포르피린의 양과 백금 금속 그룹의 값비싼 팔라듐이 다른 금속으로 대체될 수 있는지 여부를 명확히 해야한다.
(Applied Catalysis B : 환경, 2021, doi : 10.1016 / j.apcatb.2021.120097)
출처 : Karlsruhe Institute of Technology

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]

  • 글자크기
  • +
  • -
  • 인쇄
뉴스댓글 >

주요기사

+

많이 본 기사

Basic Science

+

Technology

+

Photos

+