코펜하겐 대학의 두 연구 그룹은 고농도의 염료가 포함된 물의 오염을 제거할 수 있는 마이크로파 유지 플라즈마(이온화된 가스) 반응기를 설계했습니다. 플라즈마는 전자, 이온, 원자, 분자, 자유 라디칼 및 광자를 포함하는 이온화된 가스입니다. 그것은 흔히 물질의 제4상태라고 불리며, 모든 사물에 스며들어 있습니다. 에너지를 가스에 전달하여 인위적으로 생성된 플라즈마는 주방 조명에 사용되는 형광등에서 발견되며 휴대폰을 더 작게 만들고 있습니다.
플라즈마는 진정한 기술 혁명입니다. 과거에는 휴대폰 등 전자기기에 사용되는 실리콘 기판에 회로를 새기려면 환경을 오염시키는 화학제품을 사용해야 했다. 이제 플라즈마를 사용하면 작업을 더욱 깨끗하고 정확하게 수행할 수 있으며, 이를 통해 장치의 간격도 점점 더 작아질 수 있습니다.
그러나 플라즈마에는 수처리와 같은 다른 응용 분야도 있습니다. 코르도바 대학의 FQM-136 플라즈마 물리학 그룹과 FQM-346 유기촉매 및 나노구조 재료 그룹은 플라즈마를 적용하여 화학 공정을 촉진함으로써 물의 오염 물질을 제거하는 것을 목표로 하는 연구에 협력했습니다.
생태계를 불안정하게 만들 수 있는 농업 및 산업 활동에서 발생하는 염료 및 기타 화합물과 같은 수역 내 유기 오염물질의 증가하는 문제를 해결하기 위해 이 연구자들은 플라즈마의 응용에 눈을 돌렸습니다.
정수의 획기적인 발전
연구팀은 2017년 공기에 노출된 마이크로파에 의해 유도된 아르곤 플라즈마가 물에 작용하면 물 속에서 산소와 질소를 함유한 활성종(수산기 라디칼, 과산화수소, 질소 라디칼 등)을 생성해 수질 오염을 제거할 수 있다는 사실을 처음으로 입증했습니다. 이제 연구원 Juan Amaro Gaget, Francisco J. Romero Salguero 및 Maria C. Garcia는 이 플라즈마용 반응기를 성공적으로 설계했으며 물에서 생산되는 이러한 활성 종의 양을 크게 늘려 고농도의 염료(이 경우 메틸렌 블루)를 단 몇 분 만에 파괴할 수 있게 되었습니다.
이는 마이크로파 발생기의 에너지를 플라즈마와 혼합하여 이를 유지하는 금속 장치인 서패트론(surfatron)의 설계를 변경함으로써 달성되었습니다. Maria-Garcia 교수는 다음과 같이 설명합니다. "우리가 하는 일은 석영 방전관에 작은 실리콘 조각을 넣는 것입니다. 이를 통해 필라멘트가 아니며 물과 상호 작용할 때 활성 종을 생성하는 데 더 효율적인 다른 플라즈마를 생성할 수 있습니다. 위의 플라즈마 구성은 물과 상호 작용할 때 산화 종을 생성하여 유기 화합물을 분해하고 미생물을 죽일 수 있으므로 이 플라즈마 반응기는 물 정화와 관련된 응용 분야에 유용합니다."
따라서 이 새로운 구성은 이러한 유형의 플라즈마의 적용 범위를 확장합니다. "이 디자인은 플라즈마를 생성하기 위해 전자기장을 생성하는 표면 가속기의 구성을 완전히 변경하여 플라즈마에 더 다양하고 효율적인 특성을 제공하는 동시에 플라즈마를 불안정하게 만드는 필라멘트화(플라즈마 기둥을 많은 필라멘트로 분리) 문제를 제거합니다"라고 Garcia 교수는 설명합니다.
플라즈마 오염 제거의 미래
Francisco J. Romero 교수는 계속해서 다음과 같이 말했습니다. "플라즈마의 작용으로 생성된 산화물은 반응성이 매우 높으며 물 속의 유기물을 파괴할 수 있습니다. 이를 위해 플라즈마는 물에 도입되지 않습니다. 반대로 플라즈마는 원격으로 작용하므로 물과 플라즈마 사이에 공기층이 있습니다. 여기서 여기 종과 산소, 질소 및 수증기 분자 간의 충돌로 인해 많은 반응이 일어나고 액체로 확산되어 결국 오염 물질과 결합하는 활성 종을 생성합니다."
Juan Amaro 연구원은 "이 새로운 설계로 생성된 플라즈마의 오염 제거 잠재력은 물 속의 고농도 메틸렌 블루 염료를 줄이기 위해 테스트되었으며, 에너지 측면에서 매우 효율적인 결과를 달성하고 처리 시간을 단축하는 동시에 염료를 완전히 제거하는 데 성공했습니다."라고 말했습니다.
플라즈마는 안정된 가스에 에너지를 공급하여 이를 이온화된 가스로 변환함으로써 생성되는 "제4의 물질 상태"이며, 마이크로칩 제조, 표면 살균, 상처 치료, 유리에 반사 방지 코팅 증착, 종자 발아율 향상, 폐기물 재활용, 페인트 접착력 향상을 위한 플라스틱 표면 활성화 등 거의 모든 분야에 응용됩니다.
컴파일된 소스: ScitechDaily