[세종=뉴스핌] 이경태 기자 = = 한국과학기술원(KAIST)은 건설및환경공학과 강석태 교수 연구팀이 부경대 김건한 교수, 미국 라이스대 마이클 S. 웡 교수 연구팀과 함께 기존 정수용 소재보다 최대 1000배 빠르게 물속 과불화합물(PFAS)을 제거할 수 있는 혁신 기술을 개발했다고 30일 밝혔다.
과불화합물(PFAS)은 탄소와 플루오르의 결합으로 이루어진 화학물질로, 절연성과 내열성이 뛰어나 프라이팬 코팅제, 방수 의류, 윤활유, 반도체 공정 등 다양한 산업에 폭넓게 활용된다. 자연에서 거의 분해되지 않아 '영원한 화학물질'로 불리며, 전 세계 수돗물과 하천 오염의 주요 원인으로 지목되고 있다.
사용 및 폐기 단계에서 환경으로 쉽게 유출돼 토양·물·대기를 오염시키고, 식품이나 공기를 통해 인체에 축적된다. 2020년 조사 결과 미국 수돗물의 45%, 유럽 하천의 50% 이상에서 PFAS 농도가 환경기준을 초과했다. 인체에 축적된 PFAS는 거의 배출되지 않아 면역력 저하, 이상지질혈증, 성장 저해, 신장암 등 다양한 건강 문제를 일으킬 수 있다.
이 같은 이유로 EU는 산업 전반에서 PFAS 사용을 단계적으로 금지하고, 미국은 2024년 대표 물질인 PFOA(퍼플루오로옥탄산)·PFOS(퍼플루오로옥탄술폰산)의 음용수 기준을 4ppt로 강화했다. 즉, 물 1리터 속에 이 물질이 4조분의 1그램만 있어도 기준을 넘는다는 뜻이다.
그러나 기존 PFAS 정화 기술은 활성탄이나 이온교환 수지를 활용했으나 흡착 속도와 흡착량이 모두 제한적이어서 정화 효율이 매우 낮았다. PFAS 정화 과정은 일반적으로 오염수를 흡착해 농축한 뒤 광촉매 또는 고도산화 공정을 통해 분해하는 두 단계로 진행되는데, 적절한 흡착제의 부재가 문제였다.
연구팀은 구리와 알루미늄이 결합된 점토 형태의 물질인 Cu-Al 이중층 수산화물(LDH)을 개발해 이 문제를 해결했다. 이 소재는 PFAS를 짧은 시간 안에 효과적으로 흡착해 물에서 제거할 수 있으며, 기존 활성탄이나 이온교환수지보다 최대 1,000배 더 많은 PFAS를 빠르게 흡착하는 성능을 보였다.
또한 열이나 화학 처리를 통해 여러 번 재사용이 가능해 환경적으로도 지속 가능한 정화 기술로 평가된다. 이번 기술은 PFAS 정화 과정에서 가장 중요한 첫 번째 단계인 흡착 과정의 효율을 획기적으로 향상시켜 전체 정화 시스템의 성능을 크게 개선할 것으로 기대된다.
강석태 교수는 "이번 연구로 기존 기술의 한계를 극복한 고효율 PFAS 제거 기술을 개발했다"며 "전 세계적으로 강화되고 있는 PFAS 규제에 대응할 수 있는 실용적인 정화 솔루션이 될 것"이라고 말했다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스트 머티리얼스(Advanced Materials)' 9월 25일 자 온라인 커버 논문으로 게재됐다. 부경대 김건한 교수가 제1저자 및 교신저자로, 라이스대 정영균 박사후연구원이 공동 제1저자로, KAIST 강석태 교수가 교신저자로 참여했다.
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