[논문]폐과일껍질을 이용한 친환경 ZnO 나노분말 합성

송재숙; 신평우; 홍순익

doi:10.3740/mrsk.2016.26.6.311

폐과일껍질을 이용한 친환경 ZnO 나노분말 합성
Enviroment-Friendly Synthesis of Nanocrystalline Zinc Oxide Particles Using Fruit Peel Extract 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.26 no.6, 2016년, pp.311 - 319

(충남대학교 신소재공학과) , 송재숙 (충남대학교 신소재공학과) , 신평우 (창원대학교 금속신소재공학과) , 홍순익 (충남대학교 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, an environment-friendly synthetic strategy to process zinc oxide nanocrystals is reported. The biosynthesis method used in this study is simple and cost-effective, with reduced solvent waste via the use of fruit peel extract as a natural ligation agent. The formation of ZnO nanocrystals using a rambutan peel extract was observed in this study. Rambutan peels has the ability to ligate zinc ions as a natural ligation agent, resulting in ZnO nanochain formation due to the presence of an extended polyphenolic system over the whole incubation period. Via transmission electron microscopy, successful formation of zinc oxide nanochains was confirmed. TEM observation revealed that the bioinspired ZnO nanocrystals were spherical and/or hexagonal particles with sizes between 50 and 100 nm.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 천연재료를 이용하여 생체적합성이 좋은 나노분말을 제조할 수 있는 방안으로 과일 껍질이 두껍고 껍질에 털모양의 융기된 조직이 발달하여, 내부 과육 대비 폐과일껍질 비율이 높은 람부탄 과일의 껍질 추출물을 사용하여 산화아연 나노입자를 최초로 합성하여 분말의 구조 및 특성을 연구하였다.

제안 방법

2) 천연재료를 이용하여 생체적합성이 좋은 나노 분말을 제조할 수 있는 방안으로 환경 친화적인 합성방법으로 람부탄 과일 껍질 추출물을 사용하여 산화아연 나노입자를 합성하였다.
SEM 분석에는 JEONL JSM 6390 장비를 이용하였다. 본 연구에서는 또한 질산아연과 람부탄 껍질 추출물과의 반응에 의한 중간과정을 검토하기 위해 질산아연과 추출물을 1, 4, 7일간 반응시킨후 반응물을 건조시켜 SEM과 TEM으로 분석하였다. 이러한 incubation시간이 중간과정에 미치는 영향을 조사하기 위해 원심분리기를 사용하지 않은 반응물을 관찰하였다.
SEM 분석에는 JEONL JSM 6390 장비를 이용하였다. 본 연구에서는 또한 질산아연과 람부탄 껍질 추출물과의 반응에 의한 중간과정을 검토하기 위해 질산아연과 추출물을 1, 4, 7일간 반응시킨후 반응물을 건조시켜 SEM과 TEM으로 분석하였다. 이러한 incubation시간이 중간과정에 미치는 영향을 조사하기 위해 원심분리기를 사용하지 않은 반응물을 관찰하였다.

대상 데이터

폐부산물이 많이 발생하는 과일로는 과육이 크지 않고 껍질이 많이 발생하는 과일을 선정하여야 하므로 국내 생산 과일보다는 국내에 수입되는 과일 중에 과육이 크지 않으나 껍질이 발달하고 표면에 털 모양의 조직이 발단된 람부탄을 소재로 선정하였다. 람부탄 천연과일 껍질을 작은 조각으로 만들어 흐르는 물에 깨끗하게 세척한 후 전기 오븐을 이용하여 50˚C에서 완전히 건조시켰다.

데이터처리

합성된 산화아연 나노분말 집합체의 형상과 크기를 분석하기 위하여 주사전자현미경(SEM)을 이용하였으며, 관찰한 결과를 Fig. 3(a, b)에 나타내었다.

이론/모형

또한 육각구조 산화아연 피크 이외 다른 피크는 관찰되지 않는 것으로 보아 합성된 산화아연은 대부분 불순물의 함량이 적은 결정질 산화아연임을 알 수 있다. 합성한 산화아연 나노결정 크기를 측정하기 위하여 Debye Scherrer’s 식을 적용하였으며 아래에 나타내었다.

성능/효과

1) 폐과일껍질을 질산아연(Zn(NO₃)₂ 6H₂0)과의 반응시켜 친환경적인 나노아연분말 제조방법 가능성을 확인하였다.
3) 합성한 산화아연 나노분말 집합체는 작은 산화아연 나노결정들이 덩어리 모양을 갖고 불균일하며 침상 모양으로 형성된다.

후속연구

⁴¹⁾ 람부탄 과일 껍질 추출물로부터 제조되는 산화아연 나노분말에도 부산물들이 포함되어 있으며, 이는 C. Jayaseelan 의 연구결과와 유사하다.³⁴⁾ 이러한 친환경적 부산물의 특성 및 구조를 확인하기 위해서는 더욱 체계적인 연구가 필요하다.
또한 람부탄 추출물로 부터의 부산물은 아연이온과 결합될 뿐만 아니라 ZnO 나노분말의 표면에 부착되기 때문에 생물의학에 적용 가능성이 높다. 친환경방법으로 제조된 ZnO는 다른 유해화합물이 혼입될 가능성이 적고, 반응조절에 의하여 유익한 물질의 잔류를 유도할 수 있어 폐농산물 활용에 의한 경제성 향상뿐만 아니라 기능성 화합물 잔류반응 등으로 바이오 분야에 유용하게 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	폐과일껍질을 이용하는 나노입자 합성방법이 경제적이고 친환경적인 이유는?	천연재료를 이용하는 합성법은 기존의 물리 화학적 방법에 비하여 나노입자를 합성하는 새로운 친환경적인 방법1-3) 으로 효소,4) 미생물,5) 식물 추출물 또는 식물부산물6-8)과의 반응으로 나노입자를 제조하는 친환경 green process에 대한 연구가 선진국을 중심으로 진행되고 있다. 폐과일껍질을 이용하는 나노입자 합성방법은 독성 화학물질을 사용하지 않을 뿐만 아니라 폐농산물을 이용한다는 점에서 화학폐기물과 폐농산물을 동시에 감소시킬 수 있으므로 경제적이고 친환경적인 방법이다.
	Rambutan 폐과일껍질 추출물에서 산화아연 나노분말을 얻는 과정은 어떻게 되는가?	4) 폐과일껍질인 람부탄껍질 추출물과 질산아연을 혼합하면 혼합물에서 수산기가 Zn-ellagate complex의 아연과 반응하여 폴리페놀의 페놀수산기와 산소 에스테르와 p-track 결합을 하며, 이 결합을 통하여 수산기가 결합된 수산화 아연 복합체가 형성된다. 수산화 아연 복합체를 450˚C에서 하소한 후 분쇄하여 산화아연 나노 결정을 얻는다.
	람부탄을 나노분말 제조용 과일로 선택한 이유는?	폐부산물이 많이 발생하는 과일로는 과육이 크지 않고 껍질이 많이 발생하는 과일을 선정하여야 하므로 국내 생산 과일보다는 국내에 수입되는 과일 중에 과육이 크지 않으나 껍질이 발달하고 표면에 털 모양의 조직이 발단된 람부탄을 소재로 선정하였다. 람부탄 천연과일 껍질을 작은 조각으로 만들어 흐르는 물에 깨끗하게 세척한 후 전기 오븐을 이용하여 50˚C에서 완전히 건조시켰다.

참고문헌 (41)

S. Iravani, Green Chem., 13, 2638 (2011).

상세보기
J. M. Patete, X. Peng, C. Koenigsmann, Y. Xu, B. Karnb and S. S. Wong, Green Chem., 13, 482 (2011).

상세보기
S. Wenda, S. Illner, A. Mell and U. Kragl, Green Chem., 13, 3007 (2011).

상세보기
Y. Konishi, K. Ohno, N. Saitoh, T. Nomura, S. Nagamine, H. Hishida, Y. Takahashi and T. Uruga, J. Biotechnol., 128, 648 (2007).

상세보기
S. K. Das, C. Dickinson, F. Lafir, D. F. Brougham and E. Marsili, Green Chem., 14, 1322 (2012).

상세보기
S. P. Chandran, M. Chaudhary, R. Pasricha, A. Ahmad and M. Sastry, Biotechnol. Prog., 22, 577 (2006).

상세보기
D. Philip, Phys. E, 42, 1417 (2010).

상세보기
S. Y. Chu, T. M. Yan and S. L. Chen, J. Mater. Sci. Lett., 19, 349 (2000).

상세보기
M. S. Tokumoto, V. Briois and C. V. Santilli, J. Sol-Gel Sci. Technol., 26, 547 (2003).

상세보기
J. H. Kim, W. C. Choi, H. Y. Kim, Y. Kang and Y.-K. Park, Powder Technol., 153, 166 (2005).

상세보기
L. C. Damonte, L. A. Mendoza Zelis, B. Mari Soucase and M. A. Hernandez Fenollosa, Powder Technol., 148, 15 (2004).

상세보기
M. L. Kahn and M. Monge, Adv. Funct. Mater., 3, 458 (2005).
S. Kamarnen, M. Bruno and E. Mariani, Mater. Res. Bull., 35, 1843 (2000).

상세보기
X. Zhao, B. Zheng, C. Li and H. Gu, Powder Technol., 100, 20 (1998).

상세보기
T. Tani, L. Madler and S. E. Pratsinis, J. Nanoparticle Res., 4, 337 (2002).

상세보기
Z. R. Dai, Z.W. Pan and Z L. Wang, Adv. Funct. Mater., 13, 9 (2003).

상세보기
W. Q. Ao, J. Q. Li, H. M. Yang, X. R. Zeng and X. C. Ma, Powder Technol., 168, 148 (2006).

상세보기
D. Yu, R. Cai and Z. Liu, Spectrochim. Acta A, 60, 1617 (2004).

상세보기
M. L. Curri, R. Comparelli, P. D. Cozzli, G. Mascolo and A. Agostiano, Mater. Sci. Eng. C, 23, 285 (2003).

상세보기
V. P. Kamat, R. Huehn and R. Nicolaescu, J. Phys. Chem. B, 106, 788 (2002).

상세보기
H. M. Lin, S. J. Tzeng, P. J. Hsiau and W. L. Tsai, Nanostruct. Mater., 10, 465 (1998).

상세보기
J. Xu, Q. Y. Pan, Y. A. Shun and Z. Z. Tian, Sens. Actuators B Chem., 66, 277 (2000).

상세보기
Z. Hu, G. Oskam and P. C. Searson, J. Colloid Interface Sci., 263, 454 (2003).

상세보기
S. J. Chen and L. H. Lia, J. Cryst. Growth, 252, 184 (2003).

상세보기
A. K. Li and W. T. Wu, Key Eng. Mater., 247, 405 (2003).

상세보기
J. Y. Song and B. S. Kim, Bioprocess Biosyst. Eng., 32, 79 (2009).

상세보기
S. Gorinstein, M. Zemser, R. Haruenkit, R. Chuthakorn, F. Grauer, O. Martin Belloso and S. Trakhtenberg, J. Nutr. Biochem., 10, 367 (1999).

상세보기
L. P. Leong and G. Shui, Food Chem., 76, 69 (2002).

상세보기
U. Palanisamy, H. M. Cheng, T. Masilamani, T. Subramaniam, L. T. Ling and A. K. Radhakrishnan, Food Chem., 109, 54 (2008).

상세보기
N. Thitilertdecha, A. Teerawutgulrag and N. Rakariyatham, LWT - Food Sci. Technol., 41, 2029 (2008).

상세보기
T. C. Daman and S. P. S., Proto, B. Tell, Phys. Rev., 142, 570 (1966).

상세보기
R. Y. Hong, J. H. Li, L. L. Chen, D. Q. Liu, H. Z. Li, Y. Zheng and J. Ding, Powder Technol., 189, 426 (2009).

상세보기
X. B. Wang, K. F. Huo, F. Zhang, Z. Hu, P. K. Chu, H. S. Tao, Q. Wu, Y. M. Hu and J. M. Zhu, J. Phys. Chem. C, 113, 170 (2009).

상세보기
C. Jayaseelan, A. Abdul Rahuman, A. Vishnu Kirthi, S. Marimuthu, T. Santhoshkumar, A. Bagavan, K. Gaurav, L. Karthik and K.V. Bhaskara Rao, Spectrochim. Acta A, 90, 78 (2012).

상세보기
S. N. Barnaby, S. M. Yu, K. R. Fath, A. Tsiola, O. Khalpari and I. A. Banerjee, Nanotechnology, 22, 225605 (2011).

상세보기
E. Koren, R. Kohen and I. A. Ginsburg, J. Agric. Food Chem., 57, 7644 (2009).

상세보기
J. A. Jacob, H. S. Mahal, N. Biswas, T. Mukherjee and S. Kapoor, Langmuir. 24, 528 (2008).

상세보기
M. McDonald, I. Mila and A. Scalbert, J. Agric. Food Chem., 44, 599 (1996).

상세보기
S. K. Sivaraman, I. Elango, S. Kumar and V. Santhanam, Curr. Sci., 97, 1055 (2009).
O. Yamamoto, J. Sawai and T. Sasamoto, Int. J. Inorg. Mater. 2, 451 (2000).

상세보기
S. R. Przewloka and B. J. Shearer, Holzforschuang 56, 13 (2002).

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