중국 연구진은 물속의 병원균을 효율적으로 제거할 수 있는 새로운 Fe3O4/그래핀 나노복합물을 제조하는데 성공했다.
물속의 생체-유기 오염 물질을 제거하기 위해서는 다음과 같은 다양한 기술들이 사용된다: 물리적 프로세스(흡착, 증류, 여과), 생물학적 프로세스(활성화된 슬러지), 화학적 프로세스(응집 및 염소화), 광촉매 프로세스. 물속의 오염물질 제거에 나노물질을 적용하는 연구는 나노물질의 작은 크기 효과, 양자 크기 효과, 큰 표면 효과, 우수한 기계적 특성 때문에 최근에 광범위하게 진행되고 있다.
이것의 작은 크기 때문에, 물속에서 나노물질을 분리하는 것은 어렵다. 또한 이것은 나노물질의 재활용과 재사용을 어렵게 하고, 심각한 2차 오염을 생성할 수 있다. 지금까지 그래핀 복합물은 중금속과 유기 염료를 제거하는데 사용되었다. 그러나 Fe3O4로 개질된 그래핀으로 물속의 병원균 박테리아를 제거하는 연구는 없었다. 반대로 그래핀은 Fe3O4 응집을 방지할 수 있고, 매우 높은 표면적과 2차원 단일 시트 구조 때문에 제거 효율을 향상시킬 수 있다.
저널 ACS Applied Materials & Interfaces에 게재된 최근 연구에서, 이번 연구진은 박테리오파지와 박테리아를 효과적으로 제거하기 위해서 Fe3O4/그래핀(G-Fe3O4) 나노입자를 용매열(solvothermal) 방법으로 합성하는데 성공했다.
G-Fe3O4 복합물을 위한 E. coli의 제거 효율은 93.09%를 달성할 수 있었다. 이와는 반대로, Fe3O4 나노입자는 54.97%만을 달성할 수 있었다. 또한 G-Fe3O4 복합물은 박테리오파지(ms2)와 S. aureus, E. coli, Salmonella, E. Faecium, E. faecalis, Shigella와 같은 다양한 박테리아에 대해서 높은 제거 효율을 가진다.
자성 Fe3O4/그래핀 복합물은 물속에서 박테리아파지와 박테리아를 효과적으로 제거하기 위해서 용매열 방법으로 성공적으로 합성되었다. 이것은 HRTEM, XRD, BET, XPS, FTIR, CV, 자기적 특성, 제타-전위 측정(zeta-potential measurement)으로 테스트되었다. HRTEM의 결과를 기반으로 할 때, 그래핀 산화물의 단일-시트 구조와 그래핀 표면 위의 단분산 Fe3O4 나노입자들을 분명하게 관찰할 수 있었다.
더 나아가 실제 물 샘플에 대한 상세한 검증이 수행되었고, G-Fe3O4 복합물을 이용한 실제 물속의 박테리아 제거 효율을 94.8%까지 달성할 수 있었다. 또한 G-Fe3O4의 제거 메커니즘이 조사되었다. 이 연구결과는 저널 ACS Applied Materials & Interfaces에 “Highly Efficient Removal of Pathogenic Bacteria with Magnetic Graphene Composite”라는 제목으로 게재되었다.
