그래핀 위의 나노 스펀지는 공업 폐수의 효율적인 여과기가 될 수 있다

비엔나 대학의 엔지니어들은 물속의 유기 오염물을 효과적으로 여과할 수 있는 새로운 복합재료를 개발했다.이 시스템은 그래핀 조각에 박힌 초다공성 나노 스펀지를 사용한다.

새 필터의 관건은 공가 유기 프레임(COFs)이라는 재료다.이런 구조는 매우 많은 구멍으로 인해 그것들이 매우 작은 공간 안에서 거대한 표면적을 가지게 하는데 이것은 그것들이 대량의 분자를 효과적으로 잡을 수 있다는 것을 의미한다.금속유기틀(MOFs)이라고 불리는 관련 재료는 탄소포획, 해수담수화 또는 희박한 공기에서 식수를 추출하는 데 사용되고 있으며, COFs는 일련의 유사한 기능을 가지고 있을 수 있다.

이 새로운 연구에서 연구진은 물속의 유기 염료를 제거하기 위해 COFs를 사용하는 데 전념했다.이 화학품들은 공업 폐수의 흔한 오염물로 독성과 발암성을 지니고 있을 뿐만 아니라 제거하기 어려울 수도 있다.

이 팀은 유기 염료 분자를 선택적으로 잡을 수 있도록 COFs를 조정했다.이것은 구멍의 형상과 크기를 0.8과 1.6나노미터 사이로 맞추고 표면에 음전기를 띠게 하여 양전기를 띤 염료 분자를 끌어들이는 것과 관련이 있다.

하지만 극복해야 할 장애가 하나 더 있다.이런 재료가 가루 형태로 사용될 때 외연의 틈은 먼저 분자에 의해 채워지고 중간의 틈은 비어 기본적으로 쓸모가 없다.그래서 이 팀은 그래핀 필름에 COFs를 심어 분산시키는 방법을 개발했다.

최종 결과는 그래핀의 단원자층에 2나노미터 두께의 COFs층이 형성되어 이 재료가 유기 염료 분자를 수용하는 최대 용량을 증가시켰다.그래핀 자체는 상당히 큰 구멍을 가지고 물이 빠르게 흐르도록 허용하며 COFs가 그 역할을 발휘한다.

연구진은 "따라서 그래핀 네트워크의 큰 구멍은 얇은 COFs층과 대량의 흡착점과 결합하여 특히 신속하고 효율적인 폐수 처리를 실현할 수 있다"고 말했다.

연구팀은 이 기술도 상당히 싸다고 말했다.그래핀을 너무 많이 사용할 필요가 없고 COFs를 정리하고 다시 사용할 수 있다.

이 연구는 Angewandte Chemie 잡지에 발표되었다.