KIST(한국과학기술연구원·원장 이병권)는 이욱성 전자재료연구단 박사와 최재우 물자원순환연구단 박사 공동 연구팀이 질소가 함유된 고분자 물질을 이용해 폐수 내에 고농도로 배출되는 유해 중금속인 '6가 크롬'(Cr6+)을 선택적으로 제거하는 흡착재를 개발했다고 15일 밝혔다.

대기·토양 등에 확산된 유해 중금속 '6가 크롬'은 눈·비로 인해 침출수 형태로 수중에 퍼진다.

세계적으로 6가 크롬을 비롯한 독성 중금속류를 신속·효율적으로 처리하기 위한 환경소재 개발이 다방면에서 진행돼 왔다. 하지만 지금까지 보고된 소재들은 제거 효율이 높지 않아 대부분의 폐수처리업체에서는 증발농축 방법을 이용한 처리방법을 사용해왔다.

수중 확산된 중금속들을 처리하는 방법인 증발농축 방법은 높은 에너지가 요구된다. 많은 비용 소모와 공정 후 각종 중금속을 포함한 찌꺼기가 발생해 복잡한 후처리 공정이 필요하다는 단점을 갖고 있다. 독성 중금속 폐수 처리에 적합한 효율적이고 경제적인 공정이 요구된다.

연구팀은 피롤 단량체의 고분자 형태인 '폴리피롤'을 6가 크롬 흡착제로 사용하고 그 흡착 원리를 규명했다. 폴리피롤은 전도성 고분자로 물리적·화학적 특성이 우수해 약물전달, 연료전지 촉매 지지체, 인공근육 등의 다양한 분야에서 연구되고 있다.

가루 형태의 폴리피롤의 함량이 높아짐에 따라 6가 크롬이온의 흡착량이 크게 증가했다. 흡착 원리는 크게 두 가지다.

첫 번째는 수중 6가 크롬이온이 폴리피롤의 주성분인 피롤성 질소와 산화반응(존스-산화 반응)을 통해 비교적 안정하고 인체에 무해한 3가 크롬으로 변환돼 흡착되는 원리다. 또 산화 반응이 용액의 산성도와 밀접한 관계가 있음을 함께 규명했다. 산성도(pH)가 낮을수록 존스-산화 반응이 강하게 발생해 흡착되는 3가 크롬의 양이 증가한다.

두 번째로 잔존하는 6가 크롬이 피롤성 질소와 수소결합 방법을 통해 동시다발적인 흡착이 진행돼 고효율의 흡착이 가능하다. 연구팀은 실험을 통해 개발된 흡착소재 10mg 만으로 50mL 폐수 내 함유되어 있는 10ppm 농도의 6가 크롬을 99% 이상 제거가 가능함을 확인했다.

이욱성 박사는 "6가 크롬의 흡착 제거에 새롭게 활용된 질소-탄소의 결합체인 나노소재가 국민 안전을 확보하고 환경 안전에 대한 신뢰성을 높일 것"이라고 말했다.

최재우 박사는 "이번 연구성과를 바탕으로 실제 현장에서 적용하기 적합한 형태의 물질에 대한 후속연구를 통해 저비용 폐수정화시스템 구축에 기여할 것"이라고 기대했다.

한편, 이번 연구결과는 'Water Research'(IF : 7.051, JCR 분야 상위 0.556%)에 최신호로 게재됐다.