반도체 폐수 재이용 더 안정적으로…소재별 여과막 오염 원인 규명

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 국내 연구진이 반도체 공장에서 나오는 폐수 여과막(분리막)이 막히는 원인을 막 소재별로 과학적으로 규명해 폐수 재이용 공정을 더 안정적이고 경제적으로 설계하는 길을 열었다.

한국연구재단은 한경국립대학교 노호정 교수 연구팀이 실제 반도체 폐수를 대상으로 세라믹 및 고분자 분리막의 유기·무기 복합오염 특성을 비교하고, 소재별 오염물질 축적과 막오염 메커니즘이 나타나는 원리를 규명했다고 9일 밝혔다.

반도체 폐수 재이용 공정에 널리 쓰이는 한외여과막과 역삼투막을 활용한 정화 방식은 막오염 세정 횟수와 운영 비용이 점차 늘어 후단 공정도 불안정해진다.

특히 실리카, 금속이온 및 다양한 유기물이 서로 결합해 만드는 복합오염처리는 훨씬 까다롭지만, 지금까지 연구는 인공 폐수나 단일 오염물질을 대상으로 이루어져 실제 반도체 폐수의 복잡한 오염 현상을 충분히 설명하지 못했다.

연구팀은 대표적인 분리막인 알루미나 세라믹막과 폴리에테르설폰(PES) 고분자 중공사막을 실제 반도체 폐수로 48시간 동안 여과하며 오염 거동을 비교·분석했다.

막 표면에 쌓인 오염물질 분석 결과, 두 막 모두에서 실리카–단백질 및 금속이온–유기물 복합체가 주요 오염물질로 작용했다. 특히 세라믹막의 최종 투과유량이 고분자막의 약 3분의 1 수준에 그쳐 오염에 강하다고 알려진 세라믹막이 실제 반도체 폐수에서는 더 큰 성능 저하를 보일 수 있음이 확인됐다.

이 과정에서 세라믹막 표면의 수산화알루미늄(Al–OH) 작용기에 철 이온이 선택적으로 달라붙은 뒤, 여기에 오염 원인 물질(휴믹물질)이 추가로 쌓이는 '소재 특이적 오염 경로'를 새롭게 규명했다.

막의 구멍 크기나 친수성만이 아니라 폐수 성분과 막 표면 사이의 화학적 반응이 복합오염의 핵심 요인임을 제시한 것이다.

이번 연구는 오염물질 제거와 물 생산성 사이의 균형을 확보하고, 공정 안정성 향상과 세정·막 교체 비용 절감 및 반도체 산업의 용수 순환 확대에 기여할 것으로 기대된다.

노 교수는 "반도체 폐수의 성분과 분리막 표면의 화학적 상호작용을 고려해 적합한 막 소재를 선정할 수 있는 과학적 근거를 제시했다”며 "처리할 폐수의 철·실리카·유기물 조성을 함께 고려한 공정 설계에 활용될 수 있다"고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노 및 소재기술개발사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구 성과는 수처리 및 분리막 분야 국제학술지 '디샐러네이션(Desalination)'에 온라인 게재됐다.

jongseo12@news1.kr