저렴한 원료로 빠른 속도로 물을 정수하다

Dec 07, 2023

DGIST(총장 양국) 에너지공학부 박치영 교수팀성공적으로 개발 초고속으로 물속의 페놀계 유기오염물질을 완벽하게 제거할 수 있는 “비정형 다공성 고분자 소재”입니다. 이번에 개발된 다공성 소재는 광열효과를 이용해 물 속 미세플라스틱은 물론 아주 작은 크기의 VOC까지 효율적으로 제거할 수 있다. 동시에, 원료 기반의 원가 경쟁력이 있고, 태양광 기반의 정수공정이 가능해 향후 상용화가 가능한 고효율 흡착재로 활용될 것으로 기대된다.

화학산업의 급속한 발전으로 인한 수질오염은 환경오염의 대표적인 문제이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 다양한 정수 기술과 소재가 개발되었습니다. 기존 흡착 메커니즘을 활용한 탄소 기반 다공성 소재는 흡착 속도가 느리고 재활용을 위해 높은 열에너지가 필요하다는 한계가 있다. 오염물질 제거 효율을 향상시키기 위해 다양한 소재가 개발되어 왔지만, 우수한 재활용성, 고효율, 원료의 경제성, 산업화 가능성을 동시에 만족시키는 소재 개발이 어려웠습니다.

치영 연구팀은 저렴하고 효과적인 전구체를 반응시켜 흡착 성능과 광열 특성이 우수한 다공성 고분자 합성에 성공했다. 또한 고분자에 추가적인 산화반응을 실험하였고, 그 결과를 바탕으로 친수성 관능기를 도입하여 수생환경에서 미세오염물질을 빠르게 흡착할 수 있도록 하였다.

또한, 연구팀이 개발한 고분자는 재활용을 위해 높은 열에너지가 필요하지 않으며, 성능 저하 없이 여러 번 사용할 수 있다는 사실도 실험을 통해 확인됐다. 연구팀은 개발된 고분자가 빛을 광범위하게 흡수하고 흡수된 빛을 열로 변환하는 능력을 통해 태양에너지를 추진력으로 이용해 물을 증발시킬 수 있는 수처리막을 제작했다. 그 결과, 산화고분자로 코팅된 수처리막은 햇빛을 통해 페놀성 오염물질을 정화할 수 있음을 확인하였다.

치영 대표는 “여기서 개발한 기술은 물속의 페놀계 미세플라스틱과 VOC 오염물질을 초고속으로 99.9% 이상 제거하는 세계 최고 수준의 정수효율을 지닌 독보적인 정수기술”이라고 말했다. 전력 공급이 없는 지역에서도 오염된 물을 정화하고 식수를 공급할 수 있어 경제성이 높은 보편적인 기술이 될 것으로 기대했다”고 말했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단 선도연구인력지원사업 및 나노소재기술개발사업의 지원과 DGIST 에너지공학부 조완수 교수, 석사는 최경현 학생의 지원으로 수행됐다. -박사통합과정, 석사과정 이동준씨가 주저자로 참여하였습니다. 이번 연구 결과는 재료 분야 최고 권위 학술지인 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials) 2022년호 50호 표지논문으로 선정돼 게재됐다.

- 본 보도자료는 대구경북과학기술원 제공