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국립창원대 연구팀, '영원한 화학물질' PFAS 분해 가능성 열었다
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국립창원대학교 연구진이 자연에서 잘 분해되지 않아 '영원한 화학물질(Forever Chemicals)'로 불리는 과불화화합물(PFAS)을 직접 분해할 수 있는 가능성을 제시했다.
국립창원대학교 스마트그린공학부 환경에너지공학전공 정대운 교수 연구팀은 캐나다 Concordia University 황재훈 교수팀, 미국 University of Central Florida 연구팀과의 국제공동연구를 통해 구리 황화물 기반 광활성 소재를 개발하고, 이를 활용한 새로운 PFAS 분해 메커니즘을 규명했다고 17일 밝혔다.
연구 성과는 환경 분야 국제학술지 Separation and Purification Technology(Impact Factor 9.0, JCR 상위 9.1%)에 게재됐다.
PFAS는 강한 탄소-불소(C-F) 결합으로 인해 자연환경에서 거의 분해되지 않는 난분해성 오염물질이다. 기존 흡착이나 이온교환, 막여과 기술은 오염물질을 물에서 분리하는 데는 효과적이지만 PFAS 자체를 분해하는 데는 한계가 있었다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 구리 황화물(copper sulfide) 계열 광활성 소재를 개발했다. CuS, Cu₂S, 혼합상 Cu₂S/CuS, Cu₂S/rGO 등을 합성해 대표적인 장쇄 PFAS인 퍼플루오로옥탄산(PFOA)과 퍼플루오로옥탄설폰산(PFOS)의 자외선 기반 분해 성능을 비교한 결과, 혼합상 Cu₂S/CuS 소재가 가장 뛰어난 성능을 나타냈다. PFOS는 약 95%, PFOA는 약 68%까지 제거할 수 있는 것으로 확인됐다.
특히 연구팀은 반응 후 불소 이온(F?) 방출을 확인해 PFAS가 단순히 소재 표면에 흡착되는 것이 아니라 핵심 결합인 C-F 결합이 실제로 절단된다는 점을 입증했다. 이는 기존의 분리·농축 방식과 달리 오염물질 자체를 분해하는 '파괴형 PFAS 처리' 가능성을 제시한 성과로 평가된다.
연구에서는 PFAS 분해 성능이 구리 황화물의 결정상 구조와 구리 이온의 산화·환원 순환(Cu?/Cu²?), 황(S) 중심의 산화·환원 반응과 밀접한 관련이 있다는 점도 밝혀냈다. 특히 혼합상 Cu₂S/CuS 구조는 전하 이동과 계면 반응을 촉진해 PFAS의 C-F 결합 절단을 유도하는 것으로 분석됐다. 이는 기존 TiO₂ 기반 광촉매가 주로 활용해 온 활성산소종(ROS) 산화 방식과 차별화되는 새로운 분해 경로를 제시했다는 점에서 의미가 있다.
정대운 교수는 "이번 연구는 난분해성 PFAS를 직접 분해할 수 있는 가능성과 함께 황화물 기반 광활성 소재의 PFAS 분해 메커니즘을 체계적으로 규명한 성과"라며 "향후 실제 수계 환경과 가시광, 태양광 조건에서 성능을 검증해 실용화 가능성을 높여 나갈 계획"이라고 말했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업과 국립창원대 G-램프(LAMP) 사업의 지원을 받아 수행됐다.
국립창원대학교 스마트그린공학부 환경에너지공학전공 정대운 교수 연구팀은 캐나다 Concordia University 황재훈 교수팀, 미국 University of Central Florida 연구팀과의 국제공동연구를 통해 구리 황화물 기반 광활성 소재를 개발하고, 이를 활용한 새로운 PFAS 분해 메커니즘을 규명했다고 17일 밝혔다.
연구 성과는 환경 분야 국제학술지 Separation and Purification Technology(Impact Factor 9.0, JCR 상위 9.1%)에 게재됐다.
PFAS는 강한 탄소-불소(C-F) 결합으로 인해 자연환경에서 거의 분해되지 않는 난분해성 오염물질이다. 기존 흡착이나 이온교환, 막여과 기술은 오염물질을 물에서 분리하는 데는 효과적이지만 PFAS 자체를 분해하는 데는 한계가 있었다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 구리 황화물(copper sulfide) 계열 광활성 소재를 개발했다. CuS, Cu₂S, 혼합상 Cu₂S/CuS, Cu₂S/rGO 등을 합성해 대표적인 장쇄 PFAS인 퍼플루오로옥탄산(PFOA)과 퍼플루오로옥탄설폰산(PFOS)의 자외선 기반 분해 성능을 비교한 결과, 혼합상 Cu₂S/CuS 소재가 가장 뛰어난 성능을 나타냈다. PFOS는 약 95%, PFOA는 약 68%까지 제거할 수 있는 것으로 확인됐다.
특히 연구팀은 반응 후 불소 이온(F?) 방출을 확인해 PFAS가 단순히 소재 표면에 흡착되는 것이 아니라 핵심 결합인 C-F 결합이 실제로 절단된다는 점을 입증했다. 이는 기존의 분리·농축 방식과 달리 오염물질 자체를 분해하는 '파괴형 PFAS 처리' 가능성을 제시한 성과로 평가된다.
연구에서는 PFAS 분해 성능이 구리 황화물의 결정상 구조와 구리 이온의 산화·환원 순환(Cu?/Cu²?), 황(S) 중심의 산화·환원 반응과 밀접한 관련이 있다는 점도 밝혀냈다. 특히 혼합상 Cu₂S/CuS 구조는 전하 이동과 계면 반응을 촉진해 PFAS의 C-F 결합 절단을 유도하는 것으로 분석됐다. 이는 기존 TiO₂ 기반 광촉매가 주로 활용해 온 활성산소종(ROS) 산화 방식과 차별화되는 새로운 분해 경로를 제시했다는 점에서 의미가 있다.
정대운 교수는 "이번 연구는 난분해성 PFAS를 직접 분해할 수 있는 가능성과 함께 황화물 기반 광활성 소재의 PFAS 분해 메커니즘을 체계적으로 규명한 성과"라며 "향후 실제 수계 환경과 가시광, 태양광 조건에서 성능을 검증해 실용화 가능성을 높여 나갈 계획"이라고 말했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업과 국립창원대 G-램프(LAMP) 사업의 지원을 받아 수행됐다.
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