과학자들은 식물 폐기물의 단백질을 사용하여 중금속 수를 정화합니다.

과학자들이 오염된 물에서 중금속을 걸러낼 수 있는 식물성 기름 제조 폐기물로 만든 막을 만들었습니다. 테스트에서 그들은 흡착이라고 불리는 이러한 인력 과정이 국제 음주 기준을 충족하는 정도로 오염된 물을 정화할 수 있음을 보여주었습니다.

재료 과학 및 공학부와 생명 과학부의 Ali Miserez 교수와 ETHZ 보건 과학 기술부의 NTU 객원 교수 Raffaele Mezzenga가 이끄는 연구팀은 단백질이 다음과 같은 사실을 발견했습니다. 땅콩이나 해바라기 기름 생산은 중금속 이온을 매우 효과적으로 끌어들일 수 있습니다.

테스트에서 그들은 흡착이라고 불리는 이러한 인력 과정이 국제 음주 기준을 충족하는 정도로 오염된 물을 정화할 수 있음을 보여주었습니다.

연구진의 막은 물에서 중금속 오염을 제거하기 위한 저렴하고 저전력이며 지속 가능하고 확장 가능한 방법이 될 가능성이 있습니다.

Miserez 교수는 다음과 같이 말했습니다. '수질 오염은 세계 여러 지역에서 여전히 중요한 글로벌 문제입니다. 중금속은 인체에 축적되어 암과 돌연변이 유발 질병을 일으킬 수 있는 대규모 수질 오염 물질 그룹을 나타냅니다. 이를 제거하는 현재 기술은 에너지입니다. 집약적이거나 작동하는 데 전력이 필요하거나 필터링 대상에 대해 매우 선택적입니다.'

'우리의 단백질 기반 막은 친환경적이고 지속 가능한 공정을 통해 만들어졌으며 작동하는 데 전력이 거의 또는 전혀 필요하지 않아 전 세계, 특히 저개발 국가에서 사용할 수 있습니다. 우리의 작업은 중금속을 원래 위치에 두었습니다. 음악 장르로서 식수 오염물질이 아닙니다.'라고 Miserez 교수는 말했습니다.

팀의 연구 결과는 다음과 같이 발표되었습니다. 화학공학저널 4월에. 물 안보를 가져오는 데 대한 그들의 연구 초점은 NTU 2025 전략 계획 및 인류가 환경에 미치는 영향을 완화하려는 대학의 목표와 일치합니다.

식물성 유지씨 가루를 정수 필터로 변환

상업용 가정용 식물성 기름을 생산하면 유지종자박이라는 폐기물 부산물이 생성됩니다. 이는 원시 식물에서 오일을 추출한 후 남은 단백질이 풍부한 남은 음식입니다.

NTU가 이끄는 연구팀은 두 가지 일반적인 식물성 기름인 해바라기유와 땅콩기름의 유지종자박을 사용했습니다. 연구팀은 유지종자 가루에서 단백질을 추출한 후 이를 나노 크기의 단백질 아밀로이드 원섬유로 전환시켰습니다. 이는 단단히 감긴 단백질로 만들어진 밧줄 모양 구조입니다. 이 단백질 원섬유는 중금속에 끌려 분자체처럼 작용하여 통과하는 중금속 이온을 가두어 줍니다.

유지종자박 1kg은 약 160g의 단백질을 생산합니다.

논문의 제1저자인 NTU 박사과정 학생인 Soon Wei Long은 다음과 같이 말했습니다. '단백질이 풍부한 해바라기와 땅콩 가루는 저렴한 원료로, 이로부터 단백질을 추출, 분리하고 자가 조립하여 무거운 식품을 위한 기능성 아밀로이드 원섬유로 만들 수 있습니다. 금속 제거는 해바라기와 땅콩 단백질에서 아밀로이드 원섬유를 얻은 최초의 사례입니다.'

연구진은 추출된 아밀로이드 원섬유를 일반적으로 사용되는 여과 물질인 활성탄과 결합하여 하이브리드 막을 형성했습니다. 그들은 세 가지 일반적인 중금속 오염물질인 백금, 크롬, 납에 대해 멤브레인을 테스트했습니다.

오염된 물이 막을 통과하면서 중금속 이온이 아밀로이드 원섬유 표면에 달라붙습니다. 이 과정을 흡착이라고 합니다. 아밀로이드 원섬유는 표면 대 부피 비율이 높기 때문에 다량의 중금속을 흡착하는 데 효율적입니다.

연구팀은 이들 멤브레인이 중금속을 최대 99.89%까지 걸러낸다는 사실을 발견했습니다. 테스트한 세 가지 금속 중에서 필터는 납과 백금에 가장 효과적이었고 크롬이 그 뒤를 이었습니다.

이 필터는 모든 종류의 중금속은 물론 광범위한 소비자 및 산업 제품에 사용되는 화학물질인 PFAS(과불화 알킬 및 폴리플루오로 알킬 물질)와 같은 유기 오염물질을 필터링하는 데 사용할 수 있습니다.'라고 Miserez 교수는 말했습니다. . '아밀로이드 원섬유에는 중금속 입자를 가두어 끼우고 물을 통과시키는 아미노산 결합이 포함되어 있습니다.\

연구원들은 오염된 물 속의 중금속 농도가 막이 얼마나 많은 양의 물을 걸러낼 수 있는지를 결정할 것이라고 말했습니다. 해바라기 단백질 아밀로이드로 만든 하이브리드 막은 400ppb의 납으로 오염된 올림픽 규모 수영장과 동등한 양을 식수로 여과하는 데 단 16kg의 단백질만 필요합니다.

'이 공정은 단순성과 최소한의 화학 시약 사용으로 쉽게 확장 가능하며 지속 가능하고 저렴한 수처리 기술을 지향합니다.'라고 Soon 씨는 말했습니다. '이를 통해 우리는 추가 응용을 위해 폐기물 흐름을 재처리하고 다양한 산업 음식물 쓰레기를 유익한 기술로 완전히 활용할 수 있습니다.

갇힌 금속도 추출하여 재활용할 수 있습니다. 여과 후에 금속을 가두는 데 사용된 막을 태워서 금속만 남길 수 있습니다.

'납이나 수은과 같은 금속은 독성이 있어 안전하게 폐기할 수 있지만, 백금과 같은 다른 금속은 전자 제품 및 기타 민감한 장비를 만드는 데 귀중한 응용 분야가 있습니다.'라고 Miserez 교수는 말했습니다.

'kg당 US$33,000에 달하는 귀중한 백금을 회수하려면 단 32kg의 단백질만 필요하고, 거의 US$60,000/kg에 달하는 금을 회수하려면 단 16kg의 단백질만 필요합니다. 이러한 단백질이 산업 폐기물에서 얻는다는 점을 고려하면 미화 1달러/kg 미만의 가치가 있으므로 비용상의 이점이 큽니다.'

지속 가능한 저전력 여과

논문의 공동 저자인 Raffaele Mezzenga 교수는 이전에 2016년에 소의 우유에서 추출한 유청 단백질이 유사한 금속을 끌어들이는 특성을 가지고 있다는 사실을 발견했습니다.

연구자들은 식물성 유지박의 단백질도 비슷한 특성을 가질 수 있다는 것을 깨달았습니다. 그들의 실험에 따르면 이러한 단백질은 버려지거나 동물 사료로 사용되는 폐기물을 사용하므로 효과적일 뿐만 아니라 더 저렴하고 지속 가능하다는 사실이 밝혀졌습니다.

연구원들은 또 다른 큰 장점은 전기가 필요한 역삼투압과 같은 다른 방법과 달리 이 여과에는 에너지가 거의 또는 전혀 필요하지 않다는 점이라고 말합니다.

Mezzenga 교수는 '우리 막의 경우 중력이 대부분 또는 모든 작업을 수행합니다'라고 말했습니다. '이 저전력 여과 방법은 전기와 전력에 대한 접근이 제한적인 지역에서 매우 유용할 수 있습니다.