폐수 속 환경호르몬을 5분만에 정화했다

KIST, 산업폐수 속 비스페놀 제거하는 기술 개발
폐수 정화용 촉매를 화학물질 대신 플라즈마로 제작
물 속 오염물질 완전 분해해 인체 무해하게 정화 가능

물 정화. 사진=김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술연구원(KIST)의 물질구조제어연구센터 김종민 박사, 계산과학연구센터 한상수 박사, 극한소재연구센터 김상훈 박사와 고려대학교 전기전자공학부 주병권 교수 등 공동연구진이 폐수 속 비스페놀류 환경호르몬을 제거하는 기술을 개발했다. 특히 환경호르몬을 없애기 위해 필요한 촉매를 화학물질 없이도 만들어냈다. 뿐만아니라 물 속 20ppm 농도의 비스페놀을 5분 만에 완전 분해해 없애버렸다.

김종민 박사는 30일 "이번에 개발한 환경호르몬 제거 기술은 실제 대도시 주변 하수 처리장이나 특정 산업폐수 처리 시설 등에서 신종 오염물질 제거 방법으로 사용할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구진은 폐수에 수산기 라디칼을 넣으면 환경호르몬이 완전 분해되면서 제거된다는 것에 초점을 두고, 수산기 라디칼을 만들어내는 촉매 개발에 집중했다.

KIST 김수연 박사(왼쪽)와 황창규 연구원이 건식기반 아크플라즈마 증착 공정을 통해서 개발한 고성능 코발트 단원자 촉매가 붙은 탄소나노섬유를 확인하고 있다. KIST 제공

비스페놀류 오염물질을 없앨 수산기 라디칼을 만들기 위해서는 먼저 과산화수소가 만들어져야 하는데, 연구진은 이를 위해 코발트 촉매를 개발했다. 이 코발트 촉매는 탄소나노섬유에 코발트를 원자 단위로 촘촘하게 붙여야 한다. 연구진에 따르면 코발트가 일반 금속 알갱이로 있을때는 아무런 반응을 하지 않지만 원자 상태에서는 과산화수소를 만들어낸다.

연구진은 촉매를 만들때 화학물질을 사용하는 대신 아크 플라즈마 공정을 적용했다. 진공상태에서 반복적인 펄스 전압으로 플라즈마를 방출하면 코발트가 원자 하나하나로 쪼개지면서 탄소나노섬유에 알알이 박히게 된다.

이 공정을 통해 탄소나노섬유 표면에 붙은 코발트 단원자는 전체 무게의 2.24%에 불과할 정도로 촉매를 만들때 코발트를 적게 사 용할 수 있다.

연구진은 이 코발트 단원자 촉매를 전기-펜톤 수처리 공정에서 과산화수소를 실시간으로 공급하는 전극 소재로 썼다. 그 결과, 폐수 속 20ppm 농도의 신종 환경호르몬인 비스페놀을 5분 이내 100% 신속히 분해했다.

또한 반복 실험과 폐수처리 테스트를 통해 촉매의 안정성과 비스페놀류 제거를 검증했다.

[e-mail] 김만기 기자