WO2016080672A1 - 수 처리 물질 및 그 제조 방법 - Google Patents

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WO2016080672A1
WO2016080672A1 PCT/KR2015/011485 KR2015011485W WO2016080672A1 WO 2016080672 A1 WO2016080672 A1 WO 2016080672A1 KR 2015011485 W KR2015011485 W KR 2015011485W WO 2016080672 A1 WO2016080672 A1 WO 2016080672A1
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graphene oxide
water treatment
treatment material
synthetic peptide
water
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PCT/KR2015/011485
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이윤정
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한양대학교 산학협력단
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption

Definitions

  • the synthetic peptide may include an amino acid having an aromatic residue.
  • the present invention provides a method for producing a water treatment material.

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Abstract

수 처리 물질이 제공된다. 상기 수 처리 물질은, 그래핀 산화물들, 및 상기 그래핀 산화물들의 표면에 연결된 합성 펩타이드들을 포함하되, 서로 인접한 상기 합성 펩타이드들 사이에 처리수가 여과되는 채널이 제공되는 것을 포함한다.

Description

수 처리 물질 및 그 제조 방법
본 발명은 수 처리 물질 및 그 제조 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 그래핀 산화물의 표면에 형성된 합성 펩타이드들을 포함하는 수 처리 물질 및 그 제조 방법에 관련된 것이다.
최근 전세계적으로 물 부족 문제에 대한 관심이 높아지고 있다. 각종 언론의 보도에 따르면, 현재 전세계 인구의 약 40%가 식수난을 겪고 있으며, 2025년 세계 인구 30억 명, 전체 국가의 20%가 심각한 물 부족을 겪을 것으로 전망된다.
잘 알려져 있는 바와 같이 지구상 물의 약 97%가 해수에 해당하고 나머지 육지 상의 물 중세서도 별도의 처리 없이 직접적으로 인간이 사용할 수 있는 물의 양은 많지 않다. 또한 기상 이변, 사막화, 수자원 오염 등으로 인하여 물 부족 문제는 더욱 심각해질 것으로 예상된다. 이러한 물 부족 현상을 해결하기 위하여 다양한 방식의 수 처리 시스템이 고려되고 있다.
예를 들어, 열 증류 방식, 막 분리 방식, 또는 전기 투석법 등을 적용한 해수 담수화 시스템에 대한 연구 개발이 진행되고 있으며, 주거 및 공업 단지에서 배출되는 도시 하수 및 공업 폐수와 같은 다양한 오염수를 처리하는 수 처리 물질 및 방법에 대한 많은 연구개발이 필요한 실정이다.
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는, 고신뢰성의 수 처리 물질 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는, 고효율의 수 처리 물질 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 투수율 및/또는 배제율을 제어할 수 있는 수 처리 물질 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제들을 해결하기 위해, 본 발명은 수 처리 물질을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수 처리 물질은, 그래핀 산화물들, 및 상기 그래핀 산화물들의 표면에 연결된 합성 펩타이드들을 포함하되, 서로 인접한 상기 합성 펩타이드들 사이에 처리수가 여과되는 채널이 제공되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드는, aromatic residue를 갖는 아미노산을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드는, pH 중성 수용액에서 양전하를 띄는 아미노산을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드는, 아르지닌(arginine) 및 페닐알라닌(phenylalanine)이 적어도 1회 이상 반복 공유 결합된 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수 처리 물질은, 상기 합성 펩타이드들이 형성된 상기 그래핀 산화물들이 제공되는 다공성막을 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 산화물은, 적어도 일부분이 환원된 그래핀 산화물(reduced graphene oxdie)를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드들은, 상기 그래핀 산화물들의 가장자리(edge)에 형성되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수 처리 물질은, 상기 그래핀 산화물의 표면의 카르복실기를 더 포함하되, 상기 합성 펩타이드는 상기 카르복실기와 아마이드 결합(amide bond)된 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드의 길이에 따라서, 상기 처리수의 투수율 및/또는 배제율일 조절되는 것을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 수 처리 물질의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 수 처리 물질의 제조 방법은, 그래핀 산화물을 준비하는 단계, 상기 그래핀 산화물의 표면을 카르복실화하는 단계, 상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 카르복실기에 합성 펩타이드를 결합시키는 단계, 및 상기 합성 펩타이드가 형성된 상기 그래핀 산화물을 다공성 막에 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 산화물의 상기 표면을 카르복실화하는 단계는, 상기 그래핀 산화물이 분산된 용액에, NaOH 및 ClCH2COONa를 첨가하고 교반하여, 상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 작용기를 카르복실기로 변환하는 단계, 상기 용액에 산을 첨가하여 중화하는 단계, 및 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 세척 및 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 카르복실기에 합성 펩타이드를 결합시키는 단계는. 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 활성화시키는 단계, 및 활성화된 상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 카르복실기에 합성 펩타이드를 결합시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 수 처리 물질은, 그래핀 산화물이 표면에 연결된 합성 펩타이드를 포함하고, 서로 인접한 합성 펩타이드들 사이에 처리수가 여과되는 채널이 제공된다. 이에 따라, 수 처리 효율이 향상된 고신뢰성의 수 처리 물질이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질을 갖는 수 처리막을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질을 설명하기 위한 사시도로, 도 1의 A를 확대한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 설명하기 위한 단면도로, 도 1의 A를 확대한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 투수율을 설명하기 위한 그래프들이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 배제율을 설명하기 위한 그래프이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질을 갖는 수 처리막을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리막은, 베이스 기판(10, base substrate), 및 상기 베이스 기판(10) 상에 배치된 수 처리 기능막(20, water treatment function layer)을 포함할 수 있다. 상기 수 처리막은, 해수 담수화 공정, 오염수 처리 공정 등과 같이 산업상 이용 될 수 있고, 또한, 인공 신장 등 인체에 활용될 수 있다.
상기 베이스 기판(10)은 다공성 막일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 기판(10)은 약 200nm 크기의 기공을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스 기판(10)은 polycarbonate, mixted cellulose ester, 또는 polyethylene, poly(vinylidenedifluoride) 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 수 처리 기능막(20)은, 기능화된 그래핀 산화물을 포함할 수 있다. 다시 말하면, 상기 수 처리 기능막(20)에 포함된 상기 그래핀 산화물은, 아쿠아포린(Aquaporin) 물 채널에서 물 선택 기능을 수행하는 필터 구조를 모사한 합성 펩타이드로 인해 기능화될 수 있다. 이하, 상기 수 처리 기능막(20)에 포함된 상기 그래핀 산화물 및 합성 펩타이드를 포함하는 수 처리 물질이 설명된다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질을 설명하기 위한 사시도로, 도 1의 A를 확대한 것이고, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 설명하기 위한 단면도로, 도 1의 A를 확대한 것이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질(130)은, 그래핀 산화물(110)들, 및 상기 그래핀 산화물(110)들의 표면에 연결된 합성 펩타이드(120)들을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 산화물(110)들의 적어도 일부분은, 부분적으로 환원된 그래핀 산화물(partially reduced graphene oxide)일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 산화물(110)의 탄소와 산소의 원자 비율 C/O는 1~20일 수 있다.
상기 그래핀 산화물(110)들의 탄소 및 산소의 비율은 서로 상이할 수 있다. 다시 말하면, 탄소 및 산소의 비율을 조절하여, 상기 그래핀 산화물(110)들이 적층될 수 있다. 예를 들어, 외곽에는 이온 및 분자 배제를 위해 탄소/산소 비율이 상대적으로 높은 혐기성 그래핀 산화물이 배치되고, 내부에는 빠른 투수를 위해 탄소/산소 비율이 상대적으로 낮은 친수성 그래핀 산화물이 배치될 수 있다.
상기 합성 펩타이드(120)들은, 아쿠아포린(Aquaporin) 물 채널에서 물 선택 기능을 하는 필터 구조인 aromatic/arginine(R) 필터를 모사한 것일 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드(120)들은, aromatic residue 및/또는 pH 중성 수용액에서 양전하르 띄는 아미노산을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 합성 펩타이드(120)는, 아르지닌(arginine) 및 페닐알라닌(phenylalanine)이 적어도 1회 이상 반복하여 공유 결합된 것일 수 있다. 상술된 바와는 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드(120)는 NPA(arginine-proline-asparagine) 선택 필터를 모사하는 NPA 합성 펩타이드를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드(120)들은, 상기 그래핀 산화물(110)의 상기 표면의 카르복실기(carboxyl group)과 아마이드 결합(amide bond)될 수 있다.
상기 합성 펩타이드(120)들은, 상기 그래핀 산화물(110)의 가장자리(edge) 또는 상기 가장자리에 인접한 부분에 배치될 수 있다. 서로 인접한 상기 합성 펩타이드들(120) 사이에 처리수가 여과되는 채널(200)이 제공될 수 있다. 상기 처리수는, 상기 그래핀 산화물(110)들 사이, 및 상기 합성 펩타이드(120)들 사이에 제공되는 상기 채널(200)을 통과하면서 여과될 수 있다. 이로 인해, 상기 처리수에 포함된 다양한 오염물질/염료 등이 상기 그래핀 산화물(110)들 및 상기 합성 펩타이드(120)들에 의해 여과되어, 고신뢰성 및 고효율의 수 처리 물질이 제공될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 합성 펩타이드(120)들의 길이에 따라서, 상기 처리수의 투수율 및/또는 배제율이 조절될 수 있다. 예를 들어, 상술된 바와 같이, 상기 합성 펩타이드(120)들이 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)의 반복 결합(RFRF...)된 것을 포함하는 경우, 아르지닌 및 페닐알라닌의 반복 결합 횟수에 따라서, 상기 처리수의 투수율 및/또는 배제율이 조절될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질(130)은 다른 특성을 요구하는 다양한 어플리케이션(application)에 용이하게 활용될 수 있다.
도 2 및 도 3에서, 서로 인접한 상기 합성 펩타이드(120)들이 이격된 것으로 도시되었으나, 상기 합성 펩타이드(120)들의 일부는 서로 연결될 수 있으며, 상기 합성 펩타이드(120)들이 상기 그래핀 산화물(110)의 가장자리 부분에 연결되는 것으로 도시되었으나, 상기 합성 펩타이드(120)들의 일부는 상기 그래핀 산화물(110)의 중심 부분에 연결될 수 있다.
이하, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 제조 방법이 도 3을 참조하여 설명된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 그래핀 산화물이 준비된다(S110). 상기 그래핀 산화물은, 부분적으로 환원된 그래핀 산화물을 포함할 수 있다. 상기 그래핀 산화물은, 용액 내에 분산될 수 있다.
상기 그래핀 산화물의 표면이 카르복실화될 수 있다(S120). 다시 말하면, 상기 그래핀 산화물 표면에 존재하는 작용기들이 카르복실기로 변환될 수 있다. 예를 들어, 상기 그래핀 산화물의 표면에 존재하는 에폭사이드, 하이드록시 등이 카르복실기로 변환될 수 있다. 일 실시 예에 따르면, 상기 그래핀 산화물의 표면을 카르복실화하는 단계는, 상기 그래핀 산화물에 분산된 상기 용액에, NaOH 및 ClCH2COONa를 첨가하고 교반하여, 상기 그래핀 산화물의 표면에 존재하는 에폭사이드 및/또는 하이드록시 작용기를 카르복실기로 변환하는 단계, 상기 용액에 산을 첨가하여 중화하는 단계, 및 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 세척 및 분리하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 그래핀 산화물의 표면을 카르복실화하는 단계는, 1mg/ml의 농도로 상기 그래핀 산화물이 분산된 용액 100ml에 NaOH 5g 및 ClCH2COONa 5g을 첨가하고 bath sonic을 2시간 수행하는 단계, 1M HCl을 투입하여 중화하는 단계, 원심분리기를 이용하여 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 분리 및 세척하는 단계를 포함할 수 있다.
카르복실화된 상기 그래핀 산화물은, 인산 버퍼 용액에 분산될 수 있다. 예를 들어, 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 1mg/ml의 농도로, pH 7.4의 인산 버퍼용액(7.4 mM Na2HPO4, 2.6 mM KH2PO4) 100 ml 넣고 bath sonic으로 분산시킬 수 있다.
카르복실화된 상기 그래핀 산화물에 합성 펩타이드가 형성될 수 있다(S130). 상기 합성 펩타이드는, 상기 그래핀 산화물의 표면에 존재하는 카르복실기와 아마이드 결합할 수 있다.
카르복실화된 상기 그래핀 산화물에 상기 합성 펩타이드를 형성하는 단계는, 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 활성화시키는 단계, 및 활성화된 상기 그래핀 산화물의 표면에 존재하는 카르복실기에 상기 합성 펩타이드를 아마이드 결합시키는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 활성화시키는 단계는, 카르복실화된 상기 그래핀 산화물이 분산된 상기 인산 버퍼 용액에 EDC(ethyl(dimethylaminopropyl) carbodiimide) 및 sulfo-NHS(N-Hydroxysuccinimide)를 첨가하고 교반하는 단계, 원심분리기 및 인산 버퍼 용액을 이용하여 분리 및 세척하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 활성화된 상기 그래핀 산화물의 표면에 존재하는 카르복실기에 상기 합성 펩타이드를 결합시키는 단계는, 아르지닌(arginine) 및 페닐알라닌(phenylalanine) 반복 합성 펩타이드 용액의 pH를 조절하는 단계, pH가 조절된 합성 펩타이드 용액에 활성화된 카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 분산 및 교반시켜 상기 그래핀 산화물의 표면에 존재하는 카르복실기에 상기 합성 펩타이드를 결합시키는 단계, 및 원심분리기를 이용하여 상기 합성 펩타이드와 결합된 상기 그래핀 산화물을 분리 및 세척하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 합성 펩타이드 용액은 NaOH를 이용하여 pH 8로 조절될 수 있다.
이하, 상술된 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 특성 평가 결과가 설명된다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 투수율을 설명하기 위한 그래프들이고, 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 수 처리 물질의 배제율을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 아래와 같이, 본 발명의 실시 예들 및 비교 예들에 따라 수 처리막을 제조하고, 1bar 조건에서 실시 예들 및 비교 예들에 따른 투수율을 측정하였다.
<제1 실시 예>
그래핀 산화물에 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)이 2쌍(RFRF, 4mer, RF4) 결합된 수 처리 물질을 제조하고, 다공성 막에 진공 여과법으로 증착하여, 제1 실시 예에 따른 수 처리막을 제조하였다.
<제2 실시 예>
그래핀 산화물에 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)이 4쌍(RFRFRFRF, 8mer, RF8) 결합된 수 처리 물질을 제조하고, 제1 실시 예와 동일한 방법으로, 제2 실시 예에 따른 수 처리막을 제조하였다.
<제3 실시 예>
그래핀 산화물에 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)이 6쌍(RFRFRFRFRFRF, 12mer, RF12) 결합된 수 처리 물질을 제조하고, 제1 실시 예와 동일한 방법으로, 제3 실시 예에 따른 수 처리막을 제조하였다.
<제1 비교 예>
기능화되지 않은 순수 그래핀 산화물(Pristine Graphene Oxide)을 이용하여, 제1 실시 예와 동일한 방법으로, 제1 비교 예에 따른 수 처리막을 제조하였다.
<제2 비교 예>
하이드록시기 등을 카르복시기로 전환하여 카르복시기를 증가시킨 그래핀 산화물을 이용하여, 제1 실시 예와 동일한 방법으로, 제2 비교 예에 따른 수 처리막을 제조하였다.
<제3 비교 예>
양전하를 갖는 다가 전해질 Polyallyamine hydrchloride(PAAH)로 기능화된 그래핀 산화물을 이용하여, 제1 실시 예와 동일한 방법으로, 제3 비교 예에 따른 수 처리막을 제조하였다.
<제4 비교 예>
염기성 분위기에서 부분 환원하여, 탄소/산소 비율이 높은 그래핀 산화물을 이용하여, 제1 실시 예와 동일한 방법으로, 혐기성의 수 처리막을 제조하였다.
구분 특성
제1 실시 예 RF4 그래핀 산화물
제2 실시 예 RF8 그래핀 산화물
제3 실시 예 RF12 그래핀 산화물
제1 비교 예 순수 그래핀 산화물
제2 비교 예 카르복실기가 증가된 그래핀 산화물
제3 비교 예 PAAH로 기능화된 그래핀 산화물
제4 비교 예 혐기성 그래핀 산화물
도 5에서 알 수 있듯이, 순수 그래핀 산화물, 카르복실기가 증가된 그래핀 산화물, 및 PAAH로 기능화된 그래핀 산화물을 이용하여 제조된 제1 내지 제3 비교 예들에 따른 수 처리막과 비교하여, 본 발명의 제1 실시 예에 따라 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)으로 기능화된 그래핀 산화물을 이용하여 제조된 수 처리막의 투수율이 현저하게 높은 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 6에서 알 수 있듯이, 제1 내지 제3 실시 예들에 따른 수 처리 막의 투수율이, 제1 내지 제4 비교 예들에 따른 수 처리막의 투수율보다 현저하게 높은 것을 확인할 수 있다. 그리고, 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)의 반복 결합 횟수가 증가될수록, 투수율이 증가되는 것을 확인할 수 있다.
또한, 도 7에서 알 수 있듯이, 순수 그래핀 산화물을 이용하여 제조된 제1 비교 예에 따른 수 처리막과 비교하여, 제1 실시 예에 따라 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)으로 기능화된 그래핀 산화물을 이용하여 제조된 수 처리막이, 높은 투수율을 갖는 동시에 실질적으로 동일한 배제율을 갖는 것을 확인할 수 있다. 다시 말하면, 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)의 합성 펩타이드 결합을 이용하여 그래핀 산화물을 기능화시키고, 이를 이용하여 수 처리막을 제조하는 것이, 배제율을 열화시키지 않으면서 투수율을 향상시키는 방법임을 알 수 있다.
결론적으로, 아르지닌(arginine, R) 및 페닐알라닌(phenylalanine, F)의 합성 펩타이드 결합을 이용하여 그래핀 산화물을 기능화시키고, 이를 이용하여 수 처리막을 제조하는 것이, 수 처리막의 수 처리 효율을 향상시키는 효율적인 방법임을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 수처리 물질은, 담수화 공정, 오염수의 처리 공정 등 다양한 수처리 장치 및 설비에 적용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 그래핀 산화물들; 및
    상기 그래핀 산화물들의 표면에 연결된 합성 펩타이드들을 포함하되, 서로 인접한 상기 합성 펩타이드들 사이에 처리수가 여과되는 채널이 제공되는 것을 포함하는 수 처리 물질.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 합성 펩타이드는, aromatic residue를 갖는 아미노산을 포함하는 수 처리 물질.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 합성 펩타이드는, 중성 pH 수용액에서 양전하를 띄는 아미노산을 포함하는 수 처리 물질
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 합성 펩타이드는, 아르지닌(arginine) 및 페닐알라닌(phenylalanine)이 적어도 1회 이상 반복 공유 결합된 것을 포함하는 수 처리 물질.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 합성 펩타이드들이 형성된 상기 그패핀 산화물들이 제공되는 다공성막을 더 포함하는 수 처리 물질.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 그래핀 산화물은, 적어도 일부분이 환원된 그래핀 산화물(reduced graphene oxdie)를 포함하는 수 처리 물질.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 합성 펩타이드들은, 상기 그래핀 산화물들의 가장자리(edge)에 형성되는 것을 포함하는 수 처리 물질.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 그래핀 산화물의 표면의 카르복실기를 더 포함하되,
    상기 합성 펩타이드는 상기 카르복실기와 아마이드 결합(amide bond)된 것을 포함하는 수 처리 물질.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 합성 펩타이드의 길이에 따라서, 상기 처리수의 투수율 및/또는 배제율일 조절되는 것을 포함하는 수 처리 물질의 제조 방법.
  10. 그래핀 산화물을 준비하는 단계;
    상기 그래핀 산화물의 표면을 카르복실화하는 단계;
    상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 카르복실기에 합성 펩타이드를 결합시키는 단계; 및
    상기 합성 펩타이드가 형성된 상기 그래핀 산화물을 다공성 막에 제공하는 단계를 포함하는 수 처리 물질의 제조 방법.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 그래핀 산화물의 상기 표면을 카르복실화하는 단계는,
    상기 그래핀 산화물이 분산된 용액에, NaOH 및 ClCH2COONa를 첨가하고 교반하여, 상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 작용기를 카르복실기로 변환하는 단계;
    상기 용액에 산을 첨가하여 중화하는 단계; 및
    카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 세척 및 분리하는 단계를 포함하는 수 처리 물질의 제조 방법.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 카르복실기에 합성 펩타이드를 결합시키는 단계는,
    카르복실화된 상기 그래핀 산화물을 활성화시키는 단계; 및
    활성화된 상기 그래핀 산화물의 상기 표면에 존재하는 카르복실기에 합성 펩타이드를 결합시키는 단계를 포함하는 수 처리 물질의 제조방법.
  13. 다공성 기판; 및
    상기 다공성 기판 상의 수 처리 기능막을 포함하되,
    상기 수 처리 기능막은,
    상기 다공성 기판 상에 임의적으로 적층된(randomly stacked) 복수의 그래핀 산화물 시트들(sheets); 및
    상기 복수의 그래핀 산화물 시트들의 가장자리에 형성되고, 아르지닌(arginine) 및 페닐알라닌(phenylalanine)이 적어도 1회 이상 반복 공유 결합된 합성 펩타이드들을 포함하고,
    서로 인접한 상기 합성 펩타이드들 사이에, 처리수가 여과되는 채널이 제공되어, 상기 수처리 기능막 상에 제공된 상기 처리수가 여과되는 것을 포함하는 수 처리 물질.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 복수의 그래핀 산화물 시트들 중에서,
    상대적으로 외곽에 위치한 그래핀 산화물 시트의 탄소/산소 비율은, 상대적으로 내부에 위치한 그래핀 산화물 시트의 탄소/산소 비율보다 높은 것을 포함하는 수 처리 물질.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 합성 펩타이드들의 길이에 따라서, 상기 처리수의 투수율 및 배제율이 조절되는 것을 포함하는 수 처리 물질.
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