국립부경대, 암 유발 PFAS 흡착·분해 기술 개발

초고속 흡착 및 반복 재생 공정 개발
활성탄 대비 10배 이상 빠른 성능
물 환경 산업 활용 기대, 저비용·고효율

질산염이 삽입된 구리 알리미늄 이중층상수산화물을 이용한 PFAS 제거 및 무기화 과정(CTR 공정) 모식도./부경대 제공

국립부경대학교 김건한 교수 연구팀이 물 환경을 위협하는 유기 오염물질인 과불화화합물(PFAS)을 물속에서 빠르게 흡착·분해하고 재생해 반복 사용할 수 있는 기술을 개발했다.

프라이팬 코팅, 반도체 공정 등에 널리 쓰이는 PFAS는 '영원한 화학물질'로 불린다. 소수성과 난분해성 특성으로 토양과 수계에 잔류하며 인체에 암, 간 손상, 생식 독성을 유발한다.

기존의 PFAS 제거 물질은 낮은 흡착 용량, 느린 반응속도, 2차 폐기물 발생 등의 한계를 가졌다.

김건한 교수 연구팀은 질산염이 삽입된 구리-알루미늄 이중수산화물(Cu2Al?NO3 LDH)을 고결정성으로 합성해 이러한 한계를 극복했다. 이 소재는 Al?Al 결함 현상으로 뛰어난 음이온 교환 속도를 보였다.

연구팀은 이 흡착제로 실험한 결과, 대표적 PFAS인 퍼플루오로옥타노익에시드(PFOA)의 최대 흡착 용량은 1702mg/g이었다. 반응속도 상수는 13.2 h-1로 기존 활성탄 대비 약 10배 이상 빠른 성능을 보였다. 소재 비용 또한 기존보다 저렴했다.

특히 연구팀은 PFOA가 가득 찬 흡착제를 탄산칼슘과 함께 500℃에서 열처리하면 흡착된 PFOA의 약 54%가 무독성 불화칼슘으로 전환됨을 입증했다. 이후 '메모리 효과'를 통해 구조가 다시 복원되어 반복 사용이 가능했다.

연구팀은 이를 '초고속 흡착-열분해?재생(CTR) 공정'으로 명명하고, 지속 가능한 수처리 핵심 기술로 제시했다.

연속 고정상 칼럼 실험에서도 안정적인 성능을 보여 현장 적용 가능성을 확인했다. 다양한 혼합 조건에서도 PFAS의 사슬 길이에 따라 선택적 흡착이 가능해, 복합 오염원 제거에도 효과적일 것으로 기대된다.

김건한 교수는 "이번 기술은 고비용의 활성탄과 이온교환수지를 대체할 수 있는 저비용·고효율·재생 가능 특성을 갖춘 PFAS 정화 플랫폼이다"고 평가했다.

그는 "기존에 해결되지 않던 환경문제에 새로운 해법을 제시한 성과"라며 "향후 지속 가능한 물 관리와 인류 건강 보호 및 관련 산업에 크게 기여할 것으로 기대된다"고 말했다.

이번 연구 결과는 재료과학 분야 세계적 권위지 'Advanced Materials'에 지난달 25일 온라인 게재됐다.

부산=김성욱 기자 attainuk0518@