김건한 재료공학전공 교수팀, 저비용·고효율 PFAS 정화 플랫폼 제시
'초고속 흡착→열분해→재생' CTR 공정으로 반복 사용 가능 '눈길'
국립부경대학교는 최근 김건한 재료공학전공 교수 연구팀이 물속 유해 유기오염물질인 과불화화합물(PFAS)을 초고속으로 흡착·분해하고 재생할 수 있는 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.
프라이팬 코팅, 방수 처리, 반도체 공정 등에 사용되는 PFAS는 소수성과 난분해성으로 인해 '영원한 화학물질'(forever chemicals)로 불린다. 토양과 수계에 잔류하며 암, 간 손상, 생식 독성 등을 유발하는 대표적 환경 유해물질이다.
현재 PFAS 제거를 위해 쓰이는 활성탄과 이온교환수지는 낮은 흡착 용량과 느린 반응 속도, 2차 폐기물 발생 등의 한계가 있다.
연구진은 질산염이 삽입된 구리-알루미늄 이중수산화물(Cu₂Al-NO₃ LDH)을 고결정성으로 합성해 이를 극복했다. 해당 소재는 Al-Al 결함(basal-plane disorder)에 기반한 빠른 음이온 교환 속도를 보였다. 기존 활성탄과 비교해 10배 이상 빠르고, 소재 비용도 저렴하다.
김 교수팀은 흡착된 퍼플루오로옥타노익에시드(PFOA)를 500℃에서 탄산칼슘(CaCO₃)과 열처리해 약 54%를 무독성 불화칼슘(CaF₂)으로 전환하는 데 성공했다. 또 '메모리 효과'를 통해 구조가 복원돼 재사용이 가능하다.
연구팀은 이를 '초고속 흡착-열분해-재생'(CTR, Capture–Thermal destruction–Regeneration) 공정으로 명명하고 지속가능한 수처리 핵심 기술로 제시했다.
연속 고정상 칼럼 실험에서도 공탑체류시간(EBCT) 7.5분 조건에서 720mg/g의 처리 성능을 보였으며, 실제 정수장과 하수처리장의 유입수·방류수 조건에서도 안정적인 제거 효율을 유지했다.
김 교수는 "고비용 활성탄과 이온교환수지를 대체할 수 있는 저비용·고효율·재생형 PFAS 정화 플랫폼을 개발했다"며 "지속가능한 물 관리와 인류 건강 보호 등에 기여할 것"이라고 설명했다.
한편 이번 연구에는 김 교수팀과 정영균 라이스대 박사후연구원(공동 제1저자), 마이클 S. 웡(Michael S. Wong) 교수팀, 강석태 KAIST 교수팀을 비롯해 영국 옥스퍼드대와 미국 버클리 국립연구소, 네바다대 등이 참여했다. 연구 결과는 재료과학 분야 학술지 'Advanced Materials'(IF=26.8) 온라인판에 게재됐다.
