"고효율 흡착소재로 폐수 속 유해중금속 제거" [사이언스＆테크]

지난해 경기도 수원시 영통구 일대의 건설 현장 인근 도금업체에서 인체에 해로운 중금속인 ‘6가 크롬’(Cr6+)이 나와 사회적으로 물의를 일으켰다. 6가 크롬은 내열성과 내부식성, 전기 저항성 등이 강해서 도금과 염색, 피혁 제조 및 강력 산화제 등으로 다양한 산업분야에 쓰인다. 그렇지만 1급 발암물질 중 독성이 가장 높은 물질이기도 하다.

국내 연구진이 전도성 고분자로 널리 사용되는 폴리피롤(polypyrrole)을 흡착재로 활용, 6가 크롬을 효과적으로 제거하는 기술을 개발했다.

KIST연구진이 ‘6가 크롬’이 들어있는 노란색 수용액에 분말 형태의 흡착소재를 첨가해 6가 크롬을 제거하는 실험을 하고 있다. KIST 제공

한국과학기술연구원(KIST) 전자재료연구단 이욱성·고영진 박사팀과 물자원순환연구단 최재우 박사팀은 15일 폴리피롤을 이용해 폐수 속 고농도 6가 크롬을 선택적, 효율적으로 제거하는 흡착재를 개발하고 흡착원리를 규명했다고 밝혔다.

지금까지 보고된 소재들은 제거 효율이 높지 않아 대부분 폐수업체는 수분을 증발시켜 그 속에 든 중금속을 분리해내는 증발농축방법을 사용해 왔다.

연구진은 폴리피롤 내 특정한 질소-탄소 구조를 사용해 산성도(pH) 환경에 따라 물속에 들어있는 6가 크롬이 산화·환원 반응을 통해 흡착되는 메커니즘을 정량적으로 규명했다. 가루 형태의 폴리피롤을 6가 크롬이 들어있는 폐수에 넣으면 두 가지 원리에 따라 6가 크롬이온의 흡착량이 증가하는 것으로 나타났다고 연구진은 밝혔다.

먼저 물속의 6가 크롬이온이 폴리피롤 주성분인 피롤성 질소와 산화반응을 일으켜 인체에 무해하고 비교적 안정된 3가 크롬으로 변환돼 흡착되고, 잔존하는 6가 크롬이 피롤성 질소와 수소결합을 하며 동시다발적인 흡착이 진행된다는 것이다.

연구팀은 실험결과 폴리피롤 흡착소재 10㎎으로 50㎖ 폐수 속에 들어있는 10ppm농도의 6가 크롬을 99% 이상 제거할 수 있는 것으로 확인됐다고 설명했다. 연구팀은 폴리피롤 흡착소재를 도금공장 등 산업체에서 배출되는 독성 크롬 처리공정에 즉각 적용할 수 있을 것이라며 이 연구결과가 수중 독성 6가 크롬 흡착제로 활용되기를 기대한다고 밝혔다. 이 연구결과는 국제학술지 ‘물 연구’(Water Research)최신호에 실렸다.

이욱성 박사는 “6가 크롬의 흡착 제거에 새롭게 활용된 질소-탄소의 결합체인 나노소재가 국민 안전을 확보하고 환경 안전에 대한 신뢰성을 높일 것”이라고 설명했다. 최재우 박사는 “이번 연구성과를 바탕으로 실제 현장에서 적용하기 적합한 형태의 물질에 대한 후속연구를 통해 저비용 폐수정화시스템 구축에 기여할 것으로 기대한다”고 말했다.

이천종 기자 [e-mail]