Here, we present a custom-built nozzle injector that produces multifunctional adsorbents. The nozzle injector consists of spatially oriented three channels and a single outlet operated by syringe pump using programmed on and off sequences. Multifunctional adsorbents are continuously generated in a high-throughput manner. Through a combination of simple operations, we have generated single-, bi-, and tri-functionalized adsorbents. In addition, various investigations were accomplished to demonstrate the stable encapsulation of functional nanoparticles in each part of alginate hydrogel. In order to verify the excellence of our proposed device, Prussian blue (PB), hydroxyapatite (HA), and magnetic nanoparticles (MNP) encapsulated multifunctional adsorbents, which exhibited three independent properties, are produced and evaluated for their excellent spatially dependent cesium and lead simultaneous adsorption and magnetic actuation performances. Therefore, we believe that our proposed strategy adopted to design multifunctional materials contributes to the development of smart materials with novel synergistic properties.

본 연구에서는 다기능성 흡착제를 합성하는 맞춤형 노즐 인젝터를 개발하였다. 노즐 인젝터는 정렬이 이루어진 3개의 채널과 하나의 배출구로 구성되어 있으며 실린지 펌프의 온/오프 프로그래밍을 통해 작동된다. 다기능성 흡착제는 높은 처리량을 바탕으로 연속적인 생산이 이루어졌다. 단순한 펌프 조작을 통해서 단일, 이중, 그리고 삼중 기능성 흡착제를 합성하였다. 그리고, 다양한 분석을 통해 각 구획을 구성하는 알긴산 하이드로겔 내에 위치한 기능성 나노입자의 안정적인 함입을 확인하였다. 제작한 인젝터의 우수성을 검증하기 위해 프러시안 블루, 수산화인회석, 자성 나노입자를 함입한 다기능성 흡착제를 합성하였으며, 세 가지의 독립된 특성을 바탕으로 세슘과 납 동시 흡착과 자성 제어를 평가하였다. 따라서, 본 연구결과를 통해 다기능성 재료의 디자인이 가능함으로써 새로운 시너지 특성을 갖는 스마트 소재의 개발에 기여할 수 있을 것으로 기대한다.

Keywords: nozzle injector, alginate, adsorbent, multifunctionality.