1. Title & Journal
Title : Salt Rejection and Water Transport Through Boron Nitride Nanotubes
Journal : Small, 2009, 5, No. 19, 2183-2190
2. Background of author
Tamsyn A. Hilder,*Daniel Gordon, and Shin-Ho Chung
* Computational Biophysics Group, Research School of Biology Australian National University
3. Summary
기존 CNT막의 경우, 1mM의 농도 이상에서는 salt가 제거 되지 않고 10mM에 이르면 전혀 제거되지 않는 수준에 이른다. 또한 플럭스는 분자 charge에 따라 큰 영향을 받는다. 하지만 BNNT는 향상된 전기적 물성, 높은 화학적 안정성, 향상된 생체 적합성, 고온에서 강한 산화저항성을 가지고 있고 무엇보다 월등한 물 투과성을 가지고 있는 특징이 있다.
본 연구는 14 ? 길이의 (5,5),(6,6), (7,7),(8,8) BNNT에서 Molecular Dynamics Simulation을 진행하였다. (4.5x4x6.4 nm3, 1,200 water molecules,14.5 ns, TIP3 Water model)
(5,5) BNNT의 경우, Na 이온에 대한 높은 에너지 장벽으로 인해, 나노튜브 안으로 Na이온이 통과하지 못하고, 반면 에너지 장벽이 낮은 BNNT의 경우는 Na 이온이 통과 할 수 있다는 사실을 확인 할 수 있다. (5,5),(6,6) BNNT는 pore 크기가 매우 작아 Cl 이온의 경우 sieve effect에 의해 분리된다. BNNT가 (8,8)에 이르면 Na, Cl 이온이 충분히 통과 할 수 있는 직경이지만, Na이온에 대해 높은 에너지 장벽을 갖고 있어 Cl 이온만 통과 하게 된다. 튜브의 크기에 따라, (5,5) 는 Na, Cl이온을 모두 제거, (6,6)은 cation-selective, (8,8)은 anion-selective 한 특성이 있다.
Pressure에 따라 다양한 농도, particle charge 조건에서 water flux를 시뮬레이션 하였다. 농도에 따라서는 flux에 큰 변화가 없었으나, charge에 따라 flux에 큰 차이를 보임을 확인 할 수 있다. Particle charge가 감소할 경우, 물 분자와 벽사이의 interaction (물분자의 수소와 BNNT의 질소의 수소결합)이 감소하게 되어 flux가 증가하게 된다.
동일 조건의 RO 막 (FILMTECH SW30HR-380)과 비교한 결과, BNNT embedded silicon nitride membrane이 약 4.2배 높은 flux를 보였다. (CNT vs. RO 의 경우 2.42배)
4. Originality & Application
BNNT embedded silicon nitride membrane은 pore 크기에 따라 모든 염을 100% 제거 하기도 하고 cation, anion을 선택적으로 통과 시킬 수 있으며 CNT와 달리 농도 증가에 따른 flux 저하 현상도 발생하지 않는다. 또한 flux는 10 water molecules/ns로 약3/ns인 aquaporin-1에 비해 높고, aquaporin-1과 같은 특징을 가지고 있어 향후, 이를 대체 할 수 있는 물질로 연구가 가능 할 것으로 보인다.
5. Reviewer contact : 김영미 (youngmikim@gist.ac.kr)