울산과학기술원(UNIST)이 수백 년간 분해되지 않는 '영구 화학물질' 과불화화합물을 효율적으로 처리하는 신기술을 선보였다.

김귀용 UNIST 지구환경도시건설공학과 교수와 김병조 반도체소재·부품대학원 교수팀은 전도성 고분자를 활용해 저농도 과불화화합물을 흡착·농축한 뒤 전기 분해하는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

과불화화합물은 프라이팬 코팅, 방수 의류, 반도체 공정 등에 사용되는 물질로 자연 분해가 거의 되지 않는다. 극미량만 있어도 건강에 영향을 준다는 연구가 잇따르면서 우리나라와 미국 등은 음용수 내 과불화화합물 함량을 리터당 나노그램 수준 이하로 강화하는 추세다.

이에 저농도 과불화화합물 폐수를 효율적으로 처리할 수 있는 기술 필요성이 커지고 있다.

연구팀이 개발한 기술은 전도성 고분자의 성질이 전압 방향 등에 따라 변화하는 특성을 활용했다. 전도성 고분자가 코팅된 전극을 폐수에 넣고 전압을 가하면 고분자가 자석처럼 과불화화합물을 표면에 끌어모은다. 전압 방향을 바꾸면 전극에 붙었던 과불화화합물이 다시 떨어져 나온다.

이 원리로 물속에 희석된 과불화화합물만 선택적으로 골라내 고농도로 모은 뒤 별도 처리하면, 저농도 상태보다 훨씬 적은 전기에너지로 처리가 가능하다.

연구팀은 이 방식으로 기존 전기화학 분해 방식보다 20배 이상 낮은 전기에너지로 과불화화합물을 분해했으며, 하수 처리수와 수돗물 같은 복잡한 수질 조건에서도 적용 가능함을 확인했다.

연구팀은 한 분해조에 과불화화합물을 모으는 흡착 전극과 이를 분해하는 전극을 함께 넣은 정화 시스템도 제작했다. 분리와 분해가 연속적으로 이뤄져 과불화화합물 처리 공정을 단순화할 수 있다.

현재 저농도 과불화화합물 폐수는 활성탄 등으로 흡착시킨 뒤 고온 소각하거나 매립하는 방식으로 처리되고 있다. 특히 매립 처리는 과불화화합물을 분해하지 못하고 격리 수준에 그친다는 한계가 있다.

김귀용 교수는 "전도성 고분자는 일반 과불화화합물 흡착제와 달리 탈착 및 재생을 위한 화학 약품 처리가 필요 없고, 흡착된 과불화화합물을 쉽게 분리해 낼 수 있어 저농도 과불화화합물 폐수 처리에 경제적 대안이 될 수 있다"고 말했다.

이어 "기존 기술과 달리 분리와 처리 단계를 일원화하고 폐수에서 분리된 과불화화합물을 매립이나 소각이 아닌 분해까지 할 수 있다는 점도 차별점"이라고 덧붙였다.

연구팀은 분자동역학 시뮬레이션으로 전도성 고분자의 과불화화합물 흡착과 탈착 원리도 규명했다. 김병조 교수는 "이번 계산·시뮬레이션 결과는 앞으로 오염물 선택성과 가역성을 동시에 갖는 새로운 흡착제를 설계하는 데에도 중요한 기준을 제시할 수 있다"고 설명했다.

이번 연구 성과는 환경·에너지 분야 국제 학술지 환경과학기술(Environmental Science & Technology)에 지난 13일 게재됐다. 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단, 산업통상자원부 한국산업기술진흥원 지원을 받아 수행됐다.