자기장(magnetic field)에 반응하는 비누가 주변의 야생 생물에 해를 끼칠 수 있는 세정제를 남기지 않고 오일 유출을 정화하는 데 이용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.
산업계에서 계면활성제(surfactant)라고 알려져 있는 비누가 물에서 오일을 해리하는 능력을 증가시켜 시스템으로부터 오일을 제거할 수 있기 때문에, 과학자들은 비누를 제어할 수 있는 방법을 오랫동안 연구해 왔다. 영국 브리스틀 대학(Bristol University) 연구팀은 빛, pH, 온도 및 압력 등의 변화 또는 이산화탄소 등에 민감한 비누에 대하여 연구했다. Angewandte Chemie에 보고된 연구팀의 최신의 혁신 기술은 자기장에 민감한 전 세계 최초의 비누 개발과 관련이 있다.
주로 일부 전이금속 복합체(transition metal complexes, 철과 같은 중금속이 브롬 또는 염소 같은 할로겐 화합물에 결합된 형태)와 물로 이루어진 이온성 액체 계면활성제(ionic liquid surfactant)가 잠시 동안 자석(magnet)에 의해 제어될 수 있는 가능성이 있다고 제안됐지만, 이러한 조건은 자기적으로 활성이 되는 데 필요한 장거리 상호 작용이 일어나지 않을 정도로 금속 중심이 용액 내에서 분리되어 있다는 가정 하에 이루어진다.
Julian Eastoe 교수가 주도하는 브리스틀 대학 연구팀은 일상적인 구강 세정제 또는 섬유 유연제 등에서 관찰되는 계면활성제와 매우 유사한 염소와 브롬 이온으로 구성된 불활성 계면활성제 물질의 범위에 철(iron)이 용해되어 있는 자기 비누(magnetic soap)를 새롭게 개발했다. 철 입자의 첨가는 인근 자기장에 의해 영향을 받을 수 있는 비누 입자 내에 금속 중심(metallic centre)을 생성시킨다.
자기 비누의 특성을 테스트하기 위하여, 연구팀은 농도가 옅은 유기 용매 아래 새로운 비누를 배치한 테스트용 튜브에 자석을 도입했다. 철이 풍부한 비누에 도입된 자석이 물과 오일 사이에 작용하는 중력(gravity)과 표면장력(surface tension)을 극복할 때, 유기 용제(organic solvent)를 뜨게 하여 자기 에너지원에 도달하여 자체적인 자성 특성을 입증했다.
일단 계면활성제를 개발하여 자성이 있는 것을 보여준 후 Eastoe 교수 연구팀은 뛰어난 특성 뒤에 감쳐진 과학을 조사하기 위하여 중성자 과학의 전 세계적인 함대를 구축하고 있는 프랑스 그레노블에 위치한 ILL(Institut Laue-Langevin)로 가져왔다.
계면활성제가 물에 첨가될 때, 계면활성제는 작은 덩어리를 형성하는 것으로 알려졌다. ILL에서 과학자들은 자성 특성을 초래하는 철이 풍부한 계면활성제의 덩어리를 확인하기 위하여 중성자 소각 산란(SANS; small angle neutron scattering)이라고 알려진 기술을 이용했다.
ILL 산하 화학 실험실을 책임지고 있는 Isabelle Grillo 박사는 용액에서 계면활성제 입자가 작기 때문에 빛을 이용해서 보기는 어렵지만, 나노미터에서 1/10 마이크로미터에 이르는 전형적인 크기의 모든 재료 유형에 대한 구조와 행동 양식을 조사하기 위하여 이용되는 SANS에 의해 손쉽게 규명이 가능하다고 밝혔다.
자기 계면활성제(magnetic surfactant)의 가능한 응용은 무한하다. 외부 자극에 대한 자기 계면활성제의 반응성(responsiveness)은 전기 전도도(electrical conductivity), 녹는점, 덩어리를 형성하는 크기 및 형태 등과 같은 특성 범위를 갖게 하고, 물에서 단순하게 자기 특성을 연결 및 차단함에 따라 변경되어 용이하게 용해될 수 있게 해준다. 전통적으로 다양한 산업용 설정에서 효과적인 비누의 응용에 핵심이 될 수 있는 이러한 요인들은 전하 또는 pH의 변화, 시스템의 압력 또는 온도 등을 추가하여 제어될 수 있으며, 모든 요인들은 시스템의 구성과 다시 조정하기 위하여 소요되는 비용을 비가역적으로 변경시킨다.
일단 자기 계면활성제가 첨가되면 자체적인 자기 특성은 시스템으로부터의 제거 및 원형을 형성하기 쉽게 만들고, 이러한 사실은 환경 정화 및 수처리에 추가적인 응용에 적용할 수 있다는 점을 제안하고 있다. 액체 방울의 정밀한 제어를 필요로 하는 과학적 실험이 계면활성제와 자기장의 첨가를 용이하게 만들 수 있다.
브리스틀 대학 소속의 Eastoe 교수는 대부분의 자석이 금속이기 때문에 이러한 이온성 액체 계면활성제가 상당히 비정상적이라는 과학적 관점으로부터 특히 관심을 끄는 발견으로 이어졌다고 밝혔다. 상업적인 관점에서, 이러한 정확한 액체가 아직까지 가정용 제품에 선보이지 않고 있으며, 자기 비누가 개발될 수 있음이 입증됨에 따라 추가적인 연구는 수처리에서 산업용 세정제에 이르는 다양한 응용을 위하여 보다 더 상업적으로 이용할 수 있는 액체에서 동일한 현상을 재현할 수 있게 만들 수 있다.
이 연구에 참여하지 않은 산업 화화자인 Peter Dowding은 자체적인 구성 원소에 효과를 초래하지 않고 외부 자극에만 반응하는 특정 시스템이 필요할 때만 작동할 수 있는 제품을 생성시킬 수 있는 중요한 혁신이라고 밝혔다. 또 첨가된 후 계면활성제를 제거하기 위한 능력은 우려가 증가하고 있는 오일 유출 정화 지역 같이 환경적으로 민감한 지역에 응용을 확대할 가능성이 있다고 Dowding은 덧붙였다.
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