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[표지로 읽는 과학] 수처리 산업에 쓰이는 '막' 3D로 본다

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[표지로 읽는 과학] 수처리 산업에 쓰이는 '막' 3D로 본다

2021.01.03 09:39
사이언스 제공
사이언스 제공

국제학술지 사이언스는 수 nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m) 두께의 ‘폴리아미드 멤브레인’이 분해된 모습을 1일 표지로 실었다. 폴리아미드는 무색투명한 열가소성 플라스틱을, 멤브레인은 막을 각각 뜻한다. 


폴리아미드 멤브레인은 지난 수십년 동안 해수 담수화와 하폐수 재활용 등 수처리 산업에 쓰이고 있다. 염분과, 유기∙무기 오염물질, 바이러스, 세균, 중금속 등을 거를 수 있기 때문이다. 다만 멤브레인의 어떤 부분이 멤브레인의 거르는 성능에 가장 큰 영향을 미치는 지 밝혀지지 않았다. 막의 두께가 너무 얇아 관찰이 힘들었다.


엔리케 고메즈 미국 펜실베이니아주립대 재료공학과 교수 연구팀은 3차원(3D)으로 폴리아미드 멤브레인을 지도화(매핑)했다는 연구결과를 이번 주 사이언스에 발표했다. 


연구팀은 투과 전자 현미경을 통해 수 nm 크기의 폴리아미드 멤브레인을 관찰했다. 투과전자현미경은 전자빔을 물질에 조사해 원자 구성을 알아내는 현미경이다. 이 관찰결과를 기반으로 3D 폴리아미드 멤브레인의 밀도를 지도화했다. 밀도에 따라 물이 얼마나 투과되는 지도 함께 분석했다. 


그 결과 밀도 요동이 물 투과 정도에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 밀도 요동은 아주 작은 밀도들의 불균형을 뜻하는 것으로 연구팀은 아주 작은 밀도의 불균형이 폴리아미드 멤브레인의 성능을 결정한다고 설명했다. 연구팀은 아주 균일하게 폴리아미드 멤브레인을 합성할 경우 높은 성능을 구현할 수 있다고 설명했다. 


고메즈 교수는 “밀도의 차이가 멤브레인의 성능을 결정했다”며 “멤브레인을 아주 균일하게 만드는 것이 높은 성능의 멤브레인을 만드는 길이 될 것”이라고 말했다. 
 

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