부산대, 잘 분해되지 않는 물속 유해물질 한 번에 거르는 막 개발

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국연구재단은 부산대학교 정상현 교수 연구팀이 막 증류 공정 기반에서 단·장쇄 과불화화합물(PFAS)을 동시에 제거하고 농축할 수 있는 이중 저항 '야누스 폴리도파민(PDA)/폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 분리막'을 개발하고 작동 메커니즘을 규명했다고 7일 밝혔다.

과불화화합물은 강한 탄소-불소(C–F) 결합으로 인해 자연환경에서 분해되지 않고 축적되는 대표적인 난분해성 오염물질이다. 특히 단쇄 PFAS는 이동성이 높아 제거가 어렵고, 장쇄 PFAS는 강한 흡착 특성으로 막 오염을 유발해 기존 수처리 기술로는 두 종류를 동시에 처리하기 어려웠다.

막 증류 공정은 PFAS 제거와 농축이 가능한 유망 기술로 주목받고 있지만, 실제 적용 시 단쇄 PFAS에 의한 막 젖음과 장쇄 PFAS에 의한 막 오염이 동시에 발생해 장기 안정성이 떨어지는 한계가 있었다.

연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 친수성 PDA 층과 소수성 PVDF 층을 결합한 이중저항 야누스 구조 분리막을 설계했다. 이 분리막은 상부 친수층에서 장쇄 PFAS의 흡착과 오염을 억제하고, 하부 소수층에서는 수증기만 선택적으로 통과시켜 막 젖음을 방지하는 기능 분리 구조를 가진다.

이를 막 증류 공정에 적용해 앞서 단·장쇄 PFAS의 상반된 거동을 동시에 제어할 수 있는 기술을 구현했다.

성능 평가 결과, 대표적인 단·장쇄 PFAS 물질 모두에서 99% 이상의 제거율을 달성했다. 혼합 PFAS 조건에서도 높은 제거율과 안정적인 투과 성능을 유지했다.

특히 처리수 내 PFAS 농도를 극미량의 1조 분의 1 수준까지 낮추는 데 성공해 세계적인 식수 기준치를 넉넉하게 만족시켰다.

정 교수는 "이번 연구는 기존 기술로는 어려웠던 단·장쇄 PFAS의 동시 제거 문제를 해결했다는 점에서 의미가 크다"며 "향후 다양한 난분해성 미량오염물질 처리에 적용가능한 범용 플랫폼 기술로 활용해 강화되는 PFAS 규제 대응 및 안전한 수자원 확보에 기여할 것으로 기대된다"고 강조했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노 및 소재기술개발사업의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 수자원 분야 국제학술지 '디살리네이션'(Desalination)에 온라인 게재됐다.

jongseo12@news1.kr