국립창원대, 전기만으로 재사용 가능한 친환경 수처리 기술 개발 > 언론보도

유해 유기오염물질 제거·재생 메커니즘 규명…국제학술지 'Desalination' 게재

국립창원대학교 GAST-기계공학대학 윤태영 교수 연구팀이 전기장만으로 흡착 필터를 재생할 수 있는 차세대 친환경 수처리 기술을 개발해 국제학술지 Desalination(IF 9.9, JCR 상위 2.7%)에 연구 성과를 게재했다고 24일 밝혔다.

이번 연구는 수중의 유해 유기오염물질을 흡착한 뒤 전기장을 가해 오염물질만 효과적으로 분리·제거해 필터를 손상 없이 재사용할 수 있는 기술이다. 기존의 고온 열처리나 화학약품을 이용한 재생 방식보다 에너지 소비와 환경 부담을 크게 줄일 수 있는 것이 특징이다.

연구팀은 분자동역학(MD) 시뮬레이션과 밀도범함수이론(DFT), 전기화학 실험을 결합한 '멀티스케일 프레임워크'를 구축해 오염물질의 흡착과 탈착 메커니즘을 원자 수준에서 규명했다.

그래핀과 산화그래핀, 환원산화그래핀 전극을 활용해 대표적인 페놀계 오염물질인 카테콜의 거동을 분석한 결과, 산화그래핀은 가장 높은 흡착 성능을 보였으며 순수 그래핀은 전기화학적 재생 효율이 87.96%로 가장 뛰어난 것으로 나타났다. 또한 그래핀 기반 플랫폼은 5차례 흡착·재생을 반복한 뒤에도 초기 흡착 성능의 약 69.6%를 유지했으며, 재생에 필요한 에너지는 0.206kWh/kg에 불과해 높은 효율성을 입증했다.

연구팀은 다양한 pH와 이온 강도, 경쟁 유기물이 존재하는 환경은 물론 실제 수질 조건에서도 안정적인 성능을 확인했다. 등온흡착, 반응속도론, Raman, XPS, LC-MS 분석 결과 역시 시뮬레이션 예측과 일치해 연구의 신뢰성을 높였다.

이번 연구는 단순히 오염물질 제거 성능을 평가하는 데 그치지 않고 흡착과 탈착이 일어나는 원자 수준의 원리를 실험적으로 검증했다는 점에서 의미가 크다. 연구팀은 이를 통해 향후 페놀계 오염물질 제거용 탄소 흡착제와 친환경 수처리 시스템 개발에 새로운 설계 전략을 제시할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

공동연구자인 국립창원대 스마트제조융합협동과정 석사과정 정수민 학생은 "시뮬레이션을 통해 실험만으로 확인하기 어려운 흡착·탈착 메커니즘을 원자 수준에서 분석하고 실제 실험 결과와 일치함을 확인해 연구의 가능성을 실감했다"고 말했다.

이번 연구는 국립창원대 윤태영 교수 연구팀을 비롯해 성균관대 박진성 교수 연구팀, 고려대 나성수 교수 연구팀, 금오공대 류준석 교수, 미국 스티븐스공과대학교 연구진이 공동 수행했다. 연구는 국립창원대 G-램프(LAMP)사업단과 과학기술정보통신부 우수신진연구 과제, 세종과학펠로우십, BK21 스마트공장 교육연구단의 지원을 받아 진행됐다.