인더뉴스 제해영 기자ㅣ국립부경대학교(총장 배상훈) 김건한 교수(재료공학전공) 연구팀이 물속 유기오염물질인 과불화화합물(PFAS)을 빠르게 흡착·분해하고 반복 재사용이 가능한 친환경 기술을 개발했다고 13일 밝혔습니다.
PFAS는 프라이팬 코팅, 방수 처리, 반도체 공정 등 다양한 산업에 사용되지만, 잘 분해되지 않아 토양과 수계에 잔류하며 암, 간 손상, 생식 독성 등을 유발하는 ‘영원한 화학물질(forever chemicals)’로 불립니다.
현재 PFAS를 제거하기 위해 사용되는 활성탄이나 이온교환수지는 흡착 용량이 낮고 반응속도가 느리며, 2차 폐기물 발생 문제가 있었습니다. 이에 김건한 교수 연구팀은 질산염이 삽입된 구리-알루미늄 이중층상수산화물(Cu2Al–NO3 LDH)을 고결정성으로 합성해 이러한 한계를 극복했습니다.
이 소재는 알루미늄 결함 구조로 인해 음이온 교환 속도가 크게 향상되어, 대표적인 PFAS 오염물질인 퍼플루오로옥타노익에시드(PFOA)에 대해 최대 1702mg/g의 흡착 용량과 13.2 h-1의 반응속도를 달성했습니다. 이는 기존 활성탄보다 10배 이상 빠른 성능입니다.
또한 연구팀은 PFAS로 포화된 흡착제를 500℃에서 탄산칼슘(CaCO3)과 함께 열처리해 흡착된 PFOA의 54%를 무독성 불화칼슘(CaF2)으로 전환시켰습니다. 이후 ‘메모리 효과’를 통해 소재 구조가 복원돼 반복 사용이 가능함을 입증했습니다.
연구팀은 이 과정을 ‘초고속 흡착-열분해-재생(CTR, Capture–Thermal destruction–Regeneration)’ 공정으로 명명하고, 지속 가능한 수처리 핵심 기술로 제시했습니다.
연속 칼럼 실험에서도 공탑체류시간(EBCT) 7.5분 조건에서 720mg/g의 처리 성능을 보였으며, 실제 정수장과 하수처리장의 유입수·방류수 환경에서도 안정적인 정화 효과를 확인했습니다. PFAS의 사슬 길이에 따른 선택적 흡착도 가능해 복합 오염 제거에도 효과적인 것으로 평가됐습니다.
김건한 교수는 “이번 기술은 고비용의 활성탄과 이온교환수지를 대체할 수 있는 저비용·고효율·재생 가능한 PFAS 정화 플랫폼으로, 환경문제 해결의 새로운 해법을 제시했다”며 “지속 가능한 물 관리와 인류 건강 보호에 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔습니다.
이번 연구는 라이스대학교 정영균 박사후연구원, Michael S. Wong 교수팀, 한국과학기술원 강석태 교수팀을 비롯해 옥스퍼드대, 버클리국립연구소, 네바다대 등 국제 공동 연구진이 참여했습니다.
연구 결과는 재료과학 분야 세계적 권위 학술지인
