하이브리드 콜라겐

Aug 28, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13365(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

합성 염료와 기름 유출로 인한 수질 오염은 환경과 생물종에 심각한 영향을 미칩니다. 여기에서 우리는 콜라겐과 셀룰로오스(Kenaf 섬유 셀룰로오스-콜라겐, KFCC)와 같은 재생 가능한 자원으로부터 저렴하고 환경 친화적이며 쉽게 생분해 가능한 자성 하이브리드 바이오 스폰지 나노복합체를 개발했습니다. 우리는 유색 폐수 처리를 위한 광촉매 물질(KFCC-BFT)과 오일-물 분리를 위한 흡착제를 생산하기 위해 자성 바이메탈 Fe3O4@TiO2(BFT) NP를 로드했습니다. XRD, HRTEM 및 VSM에 의한 바이메탈 BFT NP의 특성화는 강자성 특성을 갖는 Fe3O4 및 TiO2에 대해 각각 0.24 및 0.33 nm의 격자 중간층 간격을 갖는 Fe3O4 표면에 TiO2 입자가 증착되는 것을 보여줍니다. UV-vis 확산 반사 스펙트럼 결과는 바이오 스폰지의 밴드 갭 에너지가 바이메탈 부분의 증가에 따라 감소함을 나타냅니다. 크리스탈 바이올렛 염료의 분해에서 제조된 자성 하이브리드 바이오 스펀지의 광촉매 효율은 가시광선 노출 조건에서 최대 91.2%, 직사광선 노출 조건에서는 86.6%였습니다. 또한, 자성 하이브리드 바이오 스펀지를 사용하여 모터 오일과 물을 분리(> 99%)했으며 46.1g/g의 높은 오일 흡착 능력을 보였습니다. 9사이클에 대한 재활용성과 재사용 성능을 조사한 결과 바이오 스펀지는 최대 5사이클까지 높은 흡착 능력을 갖는 것으로 나타났습니다. 우리의 결과는 바이오폴리머로 지지된 BFT 하이브리드 나노복합체가 비용 효율적이고 쉽게 생분해되는 광촉매이며 실제 환경 복원 응용 분야에 큰 잠재력을 가지고 있음을 시사합니다.

주로 수질 오염인 환경 오염은 현재 인간과 생태계 건강 모두에 심각한 위험을 초래하는 주요 글로벌 위협입니다. 수질 오염은 사회, 공공 기관, 산업계를 포함한 모든 이해관계자에게 심각한 우려 사항입니다1. 섬유, 가죽, 페인트, 종이, 인쇄, 플라스틱, 해양 석유 및 가스 등 산업의 급속한 발전으로 인해 다양한 오염 물질의 수중 배출이 증가하고 있습니다2. 가장 흔한 오염물질 중 하나는 유기염료, 농약, 페놀, 화장품, 제약, 석유화학 폐기물 등의 유기오염물질로, 수생생물에게 매우 위험하며, 물 속 용존산소량 감소로 인해 전체 생태계에 피해를 줍니다. 산화 분해 과정3,4. 다양한 유기오염물질 중 수용성 염료와 불용성 기름이 생태계에 심각한 피해를 주고 있습니다. 합성 염료는 산업에서 가장 많이 사용되며 재료에 영구적인 색상을 부여하는 하나 이상의 아조 결합(N=N–)을 포함하는 다방향족 분자로 구성됩니다. 합성 염료의 적용은 섬유 및 페인트에서 가죽 산업에 이르기까지 다양합니다5,6,7. 물에 존재하는 미사용 합성 염료는 독성, 발암성, 돌연변이 유발성을 가지며 낮은 농도에서도 수생 환경과 인간에게 영향을 미칠 수 있습니다5,6. 흡수 및 산화와 같은 전통적인 폐수 처리 기술을 사용하여 물에서 색 오염 물질을 완전히 제거하는 것은 어렵습니다8,9.

일반적으로 수용성 오염물질, 고형물, 콜로이드, 유기물 및 미네랄을 포함하는 폐수는 다양한 물리적, 화학적 및/또는 생물학적 기술을 통해 제거됩니다10. 오염된 폐수에서 유기 오염물질을 제거하기 위해 공기 부상, 침전, 응고, 산화, 흡착, 이온 교환, 막 여과 등과 같은 기존 수처리 기술이 널리 사용됩니다11,12. 각 처리 방법에는 운영 비용, 효율성, 기능성, 신뢰성, 친환경적 느낌, 후처리 요구 사항, 슬러지 및 독성 부산물 생성과 같은 고유한 장점과 한계가 있습니다. 강력한 광촉매 분해는 저비용, 비선택적 분해, 추가 2차 오염 없이 기존 분리 기술을 사용하는 등의 장점으로 인해 폐수에서 염료를 제거하는 효과적이고 진보된 접근 방식으로 간주되었습니다13. 폐수에서 유기 오염물질을 제거하기 위해 개발된 다양한 반도체 광촉매 중에서 TiO2 나노입자(NP)는 무독성, 저렴한 비용 및 가용성, 우수한 화학적 및 열적 안정성, 높은 촉매 활성 및 우수한 캐리어 특성으로 인해 광범위하게 사용되었습니다14,15 ,16. 그러나 TiO2 NP는 응집, 광 생성 전자-정공 쌍의 높은 재결합 속도, 더 작은 입자 크기로 인한 힘든 회수 등을 포함하여 폐수 처리를 위한 광촉매로서 실제 현장 사용을 제한하는 몇 가지 단점을 가지고 있습니다. 게다가 본질적인 큰 밴드갭 에너지(3.23eV)는 태양광 조사 응용 분야에서 TiO2 NP의 사용을 제한합니다. 바이메탈 Fe3O4@TiO2(BFT) NP는 TiO221의 분리 또는 회수 문제를 극복하기 위해 광범위하게 연구되었습니다. 자성 Fe3O4 NPs 기반 광촉매는 반응 매체에서 자성 입자를 회수하고 촉매를 재사용할 수 있는 실제 현장 실행 가능한 방법을 제공합니다. 또한 자성 Fe3O4 NP는 우수한 자성, 우수한 상용성, 높은 로딩에도 불구하고 낮은 세포 독성을 가지며 (Fe3+, Fe2+) 사이의 광유도 전자 이동 속도를 높여 TiO222,23의 광촉매 활성을 증가시킬 수 있습니다.