버려진 구리 광산에서 폐수가 흘러내리는 난감한 상황이 발생할 수 있다.
광산업계는 이런 문제를 해결하기 위해 폐수 속에 특정 물질을 투입해 중금속 원자를 걸러내는 ‘흡착(adsorption)’이라는 방식을 사용해왔다.
그러나 시중에서 판매되고 있는 구리 이온 포집 제품의 경우 반응도를 나타내는 화학적 특이성과 구리 이온 분리 능력에 있어 부족함을 표출해왔다. 이런 상황에서 구리 광산을 폐광할 경우 완벽한 폐수 처리가 힘들어 환경오염의 원인으로 지목돼왔다.
과학자들이 물속에 포함돼 있는 구리 이온 중금속을 이전보다 50배 빠른 속도로 정확하게 포집할 수 있는 물질인 ‘ZIOS’를 개발해 큰 주목을 받고 있다. ⓒ게티이미지뱅크
자연현상 모방해 신 물질 ‘ZIOS’ 개발
이런 상황에서 국제 공동연구팀이 이런 난제를 해결할 수 있는 새로운 물질을 만들어내는데 성공했다.
25일 미 에너지부 산하 버클리 랩(Berkeley Lab) 사이트는 폐수 속에서 구리 이온을 정확하고 빠르게 추출해낼 수 있는 새로운 물질 ‘ZIOS(zinc imidazole salicylaldoxime)’을 소개하고 있다.
이 물질은 버클리 랩의 나노과학 연구시설인 ‘분자 파운드리(The Molecular Foundry)’를 통해 개발됐다.
논문 주저자인 버클리 랩의 제프 어번(Jeff Urban) 박사는 “기존의 포집 물질과 비교해 ZIOS가 50배 빠른 속도로 구리 이온을 걸러낼 수 있었으며, 정확도에 있어서도 이전 물질을 훨씬 뛰어넘고 있다.”고 설명하고 있다.
연구에 참여한 응옥 부이(Ngoc Bui) 박사는 “이 물질이 세균 속의 자연현상을 모방하고 있다.”고 말했다.
아울러 응옥 부이 박사는 “박테리아 세포를 구성하고 있는 단백질이 세포 대사를 조절하기 위해 특정 금속을 선택하는 과정을 모방해 물속에 들어 있는 영양분이나 필수 미네랄과 같은 이온을 제외한 채 오염 물질인 구리 이온만 선택해 제거할 수 있다.”고 설명했다.
관계자들은 이번 연구 결과가 뛰어난 수질 정화 기능을 통해 ‘맑은 물(Clean Water)’의 개념을 바꿔놓을 수 있을 수 있다고 보고 있다. 이 방식으로 다른 중금속을 추출할 수 있으며, 더 나아가 귀금속까지 추출할 수 있는 길이 열릴 것으로 기대하고 있다.
논문은 최근 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 저널에 게재됐다. 제목은 ‘A nature-inspired hydrogen-bonded supramolecular complex for selective copper ion removal from water’이다.
연구에는 버클리 랩을 비롯 타이완의 NSRRC(National Synchrotron Radiation Research Center), 미국 NAWI(National Alliance for Water Innovation) 등이 공동 참여했다.
“중금속 외에 귀금속 포집도 가능해”
이 논문이 주목을 받고 있는 것은 세계적으로 난제가 되고 있는 수질 정화 문제를 해결할 가능성이 엿보이고 때문이다.
관계자들은 그동안 중금속을 정화하는 다수의 물질들이 개발되고 있었음에도 불구하고 ‘맑은 물’로 이끌 수 있는 물질이 개발되지 않고 있었다고 설명하고 있다. 이로 인해 광산 등 산업 활동에 의해 발생한 중금속 등 오염물질은 인체 건강에 심각한 위협이 되고 있는 중이다.
논문은 많은 중금속 가운데서도 정화 처리가 힘든 구리 성분의 유독성을 우려하고 있다. 오래전부터 구리 중독에 의한 사고가 다수 발생하고 있지만 아직까지 핵심적인 사안을 해결하지 못하고 있다는 것.
문제는 세계적으로 매년 수백만 톤의 구리가 생산되고 이 물질이 흐르는 물속으로 유입되면서 심각한 위협 요인이 되고 있다는 것이다.
특히 니켈을 정제하는 과정에서 구리 성분을 완전히 제거하지 못해 산업계를 괴롭혀왔다고 말했다. 이런 상황에서 흡착제가 다양하게 개발돼 사용되고 있지만 대부분의 재료가 제한된 기능으로 인해 구리 오염을 막지 못해왔다고 밝혔다.
이런 상황에서 새로 개발한 ZIOS는 낮은 pH 값에서 높은 흡착 능력과 선택적인 성능뿐만 아니라 이전보다 50배 빠른 흡착 능력을 보여주면서 구리광산의 폐수 처리 문제를 해결할 수 있는 가능성을 보여주고 있다고 밝혔다.
연구팀은 또 새로 개발한 초분자 구조가 구리 외에 또 다른 독성 중금속을 선택적으로 제거할 수 있는 거시적 플랫폼으로 역할을 수행할 수 있다고 판단하고 있다.
그동안 물속에 포함돼 있는 중금속 이온을 정화하는 문제는 불완전한 이온 제거, 높은 비용, 다양한 슬러지 폐기물 흐름 속에서 난맥상을 보여 왔다. 때문에 물 산업 전반에 있어 발전을 막고 있는 걸림돌로 여겨져 왔다.
논문 공동저자인 NAWI의 피터 피스크(Peter Fiske) 이사는 “오늘날의 수처리 시스템은 물속의 다른 물질에 부하를 주지 않으면서 특정 미량 성분을 포착할 수 있는 기능에 집중되고 있다.”고 설명했다.
또한 피스트 이사는 “이런 상황 속에서 개발된 ZIOS가 향후 수처리 비용과 에너지를 낮추는 데 매우 중요한 역할을 할 수 있다.”며, “폐수 속의 중금속은 물론 물속에 포함된 귀금속 성분까지 다양한 물질들을 손쉽게 채굴할 수 있는 길이 열리고 있다.”고 말했다.
(2908)
로그인후 이용 가능합니다.
울산과학기술원(UNIST)은 나사 풀림 위험을 감지하거나 내·외부 물리적 변형 요인을 구분할 수 있는 지능형 금속 부품을 개발했다고 26일 밝혔다. UNIST에 따르면 기계공학과 정임두 교수 연구팀은 3D 프린팅 적층제조기술과 인공지능 기술을 이용해 '인지 가능한 스테인리스 금속 부품'을 개발하는 데 성공했다. 또 인공지능 기술과 증강현실 융합기술로 금속 부품 단위의 디지털 트윈(Digital Twin)을 구현했다.
원자력발전소의 배기가스나 산업체·병원 등에서 유출될 수 있는 극위험물질 '방사성 요오드'를 고습 환경에서도 효과적으로 제거할 수 있는 기술이 개발됐다. 한국화학연구원 황영규·홍도영 박사 연구팀은 현재 쓰이는 탄소계 흡착제보다 280배 높은 방사성 요오드 제거 성능을 보이는 다공성 흡착제를 개발했다고 26일 밝혔다.
절단된 신경을 수술용 봉합실 없이 홍합에서 추출한 단백질을 이용해 이어붙일 수 있는 기술이 나왔다. 포항공대(포스텍)는 화학공학과 차형준 교수·정호균 박사 연구팀과 이화여대 화공신소재공학과 주계일 교수, 가톨릭대 서울성모병원 성형외과 전영준 교수·이종원 교수·재활의학과 이종인 교수 연구팀이 공동으로 홍합접착단백질 기반 의료용 하이드로젤 접착제를 개발했다고 26일 밝혔다.
한국과학기술원(KAIST)은 물리학과 김용현 교수 연구팀이 수천 년 동안 해결되지 않은 난제 가운데 하나인 마찰전기 발생 원리를 규명했다고 26일 밝혔다. 연구팀은 두 물질을 마찰시킬 때 경계면에서 발생하는 열에 의해 전하가 이동할 수 있다는 아이디어를 바탕으로 마찰전기의 작동원리를 찾아냈다. 마찰전기와 관련한 가장 대표적인 두 가지 현상이 마찰열과 전기적 성질을 띠는 대전현상인데, 연구팀은 마찰전기를 '마찰열에 따른 대전현상'으로 설명하기 위해 미시적 열전효과(열과 전기의 상관 현상)에 주목했다.
한국의 첫 지구 관측용 민간 위성인 한글과컴퓨터(이하 한컴) 그룹의 '세종1호'(Sejong-1)가 한국 시간 26일 오전에 궤도에 안착하는 데 성공했다. 한컴에 따르면 세종1호는 발사 후 예정된 궤도에 안착했으며, 한국 시간으로 오전 11시 11분에 지상국과의 교신이 성공적으로 완료됨에 따라 궤도 진입의 성공이 확인됐다.
종양 내부에 발생하는 저산소증만 감지해 암을 진단할 수 있는 신개념 조영기술이 개발됐다. 한국기초과학지원연구원(KBSI) 바이오융합연구부 홍관수 박사 연구팀은 미국 텍사스대 세슬러 교수 연구팀과 공동으로 종양의 저산소증에 반응해 신호를 내는 감응성 바이모달(MRI·광학 혼합) 이미징 프로브를 개발했다고 25일 밝혔다.
인공지능(AI) 기술이 국가안보에도 중대한 영향을 미치는 상황에 우리나라가 대응해 필수적인 AI 기술을 중점 육성해야 한다는 제언이 나왔다. 24일 학계에 따르면 소프트웨어정책연구소가 최근 펴낸 '국가안보를 위한 인공지능과 3대 전략 기술'보고서는 우리 정부가 보호·육성해야 할 AI 기술로 ▲ 지능형 반도체 ▲ 자율무기 ▲ 생성적 적대 신경망(GAN) 등 3가지를 제시했다.