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물 속 대장균 제거 항균소재 원천기술 개발
그래핀·무기산화물·나노시트 결합…15분 안에 100% 제거
2014년 06월 09일 (월) 12:42:18 워터저널 webmaster@waterjournal.co.kr


물 속 대장균 제거 항균소재 원천기술 개발

그래핀·무기산화물·나노시트 결합…15분 안에 100% 제거
정수과정·폐수처리 활용으로 안전한 먹는 물 확보에 기여

이화여자대학교 황성주 교수 연구팀

국내 연구진이 물 속의 대장균을 15분 이내에 100% 제거할 수 있는 항균소재의 새로운 제작 원천기술을 개발했다. 환경부는 한국환경산업기술원의 국가환경기술개발사업을 통해 지원을 받은 이화여자대학교 황성주 교수 연구팀이 신소재 그래핀 나노시트와 티탄산화물 나노시트를 합성한 항균소재 제작 기술을 개발했다고 지난 5월 25일 밝혔다.

그래핀(Graphene)은 탄소 원자로 구성된 얇은 막으로, 가볍고 강하며 전기전도도가 좋아 꿈의 신소재로 불린다. 티탄산화물(Titanium Oxide)은 티타늄과 산소로 이루어진 무기물질이며, 나노시트(Nanosheet)는 두께가 나노미터(㎚=10억분의 1m) 수준인 얇은 종이 형태의 결정체이다.

   
▲ 화학 및 재료분야에서 유명한 독일의 학술지인『어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)』4월호 영문판 표지 논문으로 게재된 그래핀·티탄산화물 합성 필름 위에서 대장균이 파괴되는 모습의 상상도
연구팀은 2012년부터 3년간 개발한 이 기술이 앞으로 물 속 대장균을 효과적으로 처리할 수 있는 길을 제시했다고 설명했다. 이번 연구 성과는 화학 및 재료분야에서 유명한 독일의 학술지인 어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials) 4월호 영문판 표지 논문으로 실렸다.

이 기술은 두께가 각각 1나노미터(㎚) 이하의 얇은 티탄산화물 나노시트와 그래핀 나노시트를 중첩하는 새로운 기술로, 이렇게 합성한 나노시트의 표면은 대장균의 세포벽을 쉽게 파괴할 수 있도록 거칠게 형성되는 특징을 갖는다.

이러한 세포벽 파괴반응은 산화반응에 의한 대장균 사멸 방식보다 속도가 빨라 15분 안에 대장균을 100% 사멸시킬 수 있다. 그래핀 소재는 60분에 85% 사멸, 그래핀·티타늄산화물(입자상) 소재는 80분에 100% 사멸시킬 수 있다. 이번 기술의 사멸 효과는 현재 국내외에서 개발된 항균소재 중 가장 우수한 것으로 평가받고 있다.

연구팀은 나노시트의 표면을 거칠게 형성하기 위해 박리 및 여과라는 간단하고 쉬운 방법을 적용했다. 그래핀과 티탄산화물 나노시트를 한 장씩 떼어내는 박리화 작업을 한 후에 분리된 나노시트를 여과지로 여과하여 필름에 고르게 섞어 합성했다. 나노시트의 넓은 표면적은 강한 상호작용을 유도하여 기존의 나노선이나 나노입자에 비해 훨씬 더 강력한 결합을 하게 된다. 이렇게 합성된 그래핀-티탄산화물 항균소재는 유연성과 강도가 높고 광촉매 성질을 가져 수질정화를 포함한 다양한 분야에서 활용될 수 있다.

   
▲ 그래핀·티탄산화물 항균소재 제조과정

한국환경산업기술원 미래환경사업실 이종현 실장은 “이번에 개발한 우수 항균소재를 대기와 수질 분야의 환경정화에 활용하도록 지속적으로 연구를 추진하겠다”고 말했다. 한국환경산업기술원은 그래핀에 합성하는 무기물 소재를 티탄산화물 외에 다른 무기물로 확대 적용할 경우, 수소에너지 광촉매, 이차전지 전극소재, 반도체의 실리콘 대체소재 등으로 활용 범위가 더욱 넓어질 것으로 기대하고 있다.

 [『워터저널』 2014년 6월호에 게재]

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