물 속에 있는 유해성 양이온을 검출하고 분리하는 일은 매우 중요합니다. 유해성 양이온 중 코발트는 인체에서 철의 대사에 중요한 역할을 하며 암 치료에서 감마선 소스 및 암 추적자로서 작용합니다. 하지만 인체에 과도한 수치의 코발트가 노출되면 심부전, 간 손상, 알레르기 접촉 피부염, 심혈관 및 호흡기 질환과 같은 부작용을 유발할 수 있습니다. 원자력 발전소에서 발생하는 액체 폐기물에도 다량의 유해성 양이온 중 코발트가 포함되어 있으며 다량의 철이 존재하는 환경에 놓여있습니다. 폐기물 내의 금속 이온은 부식성 산화물 격자에 갇혀 방사능이 축적되며, 방사성 코발트는 5.27년의 반감기와 높은 에너지 방출로 방사성 축적의 주요 원인이 됩니다. 따라서 코발트에 대한 감응성 및 선택성이 우수한 검출 및 분리 방법을 목적으로 하여 아조벤젠 기반의 화학 센서를 형성하였습니다. 아조벤젠 기반의 프로브는 대표적인 발색단으로 우수한 선택성, 감도, 저비용, 신속성, 실시간 모니터링, 육안 분석의 편리함 등 우수한 장점을 가진 센서로 작용합니다. 코발트와 선택적으로 결합하는 단량체는 퀴놀리놀과 Diazotization 반응을 통해 얻어졌습니다. 또한 퀴놀리놀 기반의 프로브도 마찬가지로 뛰어난 양자 효율, 높은 안정성, 우수한 광물리학적 특성을 가지고 있으며 코발트에 대한 높은 선택성을 가집니다.
분자 각인 고분자는 특정 분자와 금속 이온의 제조 용이성을 특징으로 유망한 기술이며 선택적 흡착제로도 알려집니다. 금속이 각인된 템플릿에 결합 부위 및 작용기를 제공하여 금속에 대한 기억 효과를 갖는 고분자입니다. 이를 이용하여 코발트 이온의 선택적인 비색 검출과 분리를 위해 금속 각인 고분자 하이드로젤 (MIG)을 설계하였습니다.
이 연구에서 고분자는 코발트 이온와 착물 형성을 위해 아조 퀴놀리놀 기반의 단량체와 다량의 DMA (N,N-Dimethylacrylamide)를 사용하여 합성되었습니다. 금속 각인 고분자 하이드로젤은 methylenebisacrylamide에 의해 가교결합을 형성하였고 DMA, 단량체, 코발트를 포함하여 광개시를 통해 얻어졌습니다. 하이드로젤을 이용해 원전 액체 폐기물과 유사한 다량의 철이 존재하는 환경에서 코발트를 감지함과 동시에 선택적으로 분리하는 것을 확인되었습니다. MIG에 의한 코발트의 성공적인 분리는 ICP-OES 분석에 의해 확인되었습니다. 또한 MIG는 코발트와 결합하며 ICT 효과의 향상으로 인해 노란색에서 빨간색으로의 급격한 색상 변화를 동반하였습니다. 또한 사용한 하이드로젤에 과량의 EDTA를 넣어주면 분리한 코발트 이온을 제거하고 재 사용이 가능하여 친환경 측면에서도 우수함을 보여줍니다.