타겟 코팅으로 나노여과용 그래핀 옥사이드 멤브레인 개선

2021년 1월 22일

작성자: Li Yuan, 중국과학원

나노여과(NF)는 유기미량오염물질(OMP)을 함유한 폐수를 처리하는 첨단 기술입니다.

최근 중국과학원 공정공학연구소(IPE) Wan Yinhua 교수가 이끄는 연구팀은 OMP를 제거하기 위해 균일한 기공 크기를 갖는 안정적인 산화그래핀 나노여과막을 개발했습니다.

이번 연구는 화학공학저널(Chemical Engineering Journal) 1월 20일자에 게재됐다.

막 공극 크기 분포를 줄이기 위해 신호 증폭 전략과 결함 화학을 결합하여 선택성이 높은 NF 막을 준비하는 유망한 방법을 제안합니다.

산화그래핀(GO)은 NF에 사용하기 위한 분자체 분석에서 큰 잠재력을 보여줍니다. GO 멤브레인은 일반적으로 다공성 지지층 위에 GO 나노시트를 적층하여 제조됩니다. 그러나 GO 멤브레인은 수성 환경에서 안정성이 낮기 때문에 사용이 제한됩니다.

또한, GO 나노시트의 불균일한 증착으로 인한 큰 결함으로 인해 멤브레인의 보유 능력이 낮아지고 심각한 멤브레인 오염이 발생할 수도 있습니다.

이번 연구에서 연구진은 GO 멤브레인의 오염 방지 능력을 강화하고 나노채널을 조절하기 위한 목표 수정 전략을 제안했습니다.

안정적인 GO 멤브레인(GO-Fe)을 준비하기 위해 먼저 GO 용액에 철 이온(Fe3+)을 첨가합니다. IPE의 Luo Jianquan 교수는 “추가된 Fe3+는 인접한 GO 나노시트 사이의 반발 상호 작용으로 인해 더 큰 가로 결함이 형성되는 GO-Fe 멤브레인의 결함 신호를 증폭시킬 수 있습니다.

GO-Fe 막 표면은 이후 탄닌산-아미노프로필트리에톡시실란(TA-APTES)으로 구성된 표적 코팅층에 의해 변형되고, Fe3+가 더 많은 큰 막 결함은 더 두꺼운 TA-APTES 코팅으로 패치됩니다. 이러한 "얼룩진" TA-APTES 코팅은 동시에 방오 능력을 향상시키고 Fe3+ 매개 GO 막의 기공 크기 분포를 좁힐 수 있습니다.

Luo 교수는 "시중에서 판매되는 폴리아미드 NF 멤브레인과 비교하여 표적 코팅이 적용된 GO 멤브레인은 장기간 작동, 직교류 여과 또는 고압 하에서도 다양한 OMP에 대해 더 높고 안정적인 거부율을 보여줍니다."라고 말했습니다.

추가 정보: Sushuang Liet al. 유기 미량 오염물질의 강력한 제거를 위한 산화 그래핀 나노여과막의 철 이온 매개 결함 축소, Chemical Engineering Journal(2021). DOI: 10.1016/j.cej.2021.128587

중국과학원 제공