KIST 연구진, 폐수 속 환경호르몬 제거하는 친환경 나노촉매제 개발

[이뉴스투데이 여용준 기자] 한국과학기술연구원(KIST) 물자원순환연구센터 최재우 박사와 정경원 박사팀은 농촌지역에서 흔히 발생하는 부산물을 활용해 오염물을 효과적으로 제거하고 내분비계 교란물질인 환경호르몬을 높은 효율로 제거할 수 있는 폐수 처리 공정을 개발했다고 27일 밝혔다.

산업 현장에서 필수적으로 발생하는 하·폐수에는 오염물과 내분비계 교란물질인 환경호르몬이 다량 함유돼 있다. 특히 환경호르몬은 쉽게 분해가 되지 않아 환경 뿐만 아니라 우리 인체에도 심각한 영향을 미칠 수 있기 때문에 반드시 제거하는 공정이 필요하다.

기존 하·폐수 처리에 사용되고 있는 촉매는 시간이 지날수록 성능이 급격히 떨어지고 높은 효율을 얻기 위한 조건이 한정적이어서 많은 비용이 소요된다는 단점이 있다. 또 현재까지의 연구는 주로 단일 물질로 구성된 촉매제 개발과 이를 활용한 성능향상의 연구방향으로 진행되고 있고 환경호르몬 제거 등 친환경 나노복합 촉매제 개발에 대한 연구는 드문 실정이다.

KIST 최재우·정경원 박사팀은 폐수 처리 공정을 통해 물 속 오염물과 내분비계 교란물질인 환경호르몬을 제거하기 위해 농작 부산물을 이용한 친환경 바이오차(Biochar)를 활용했다. 바이오차는 산소공급이 제한된 조건에서 목재를 포함한 다양한 종류의 바이오매스를 열분해시켜 만들 수 있는 고상의 물질을 말한다.

연구진은 폐자원인 ‘왕겨’를 활용하여 친환경적이고 높은 경제성을 만족시키는 바이오차를 구현했으며, 바이오차 표면에 나노크기의 이산화망간을 코팅하여 나노복합체를 형성, 바이오차와 이산화망간이 갖고 있는 장점들을 기반으로 고효율 경제성을 확보할 수 있는 바이오차-나노복합체 촉매제를 개발했다.

KIST 연구진은 나노복합체를 합성할 때 높은 재현성과 안정적이고 높은 활성도의 촉매제를 구현하기 위해 광물합성법 중 하나인 높은 열과 압력을 가하는 열수합성법(Hydrothermal method)을 이용했다. 이를 통해 3차원 형태의 계층화된 구조를 가져 넓은 표면적으로 인해 고도산화공정에 높은 효율을 보이는 것을 확인했다.

기존의 촉매가 환경호르몬인 ‘비스페놀 A’를 80%밖에 제거하지 못했던 조건에서 KIST 연구진이 개발한 촉매를 사용하면 1시간 이내에 95%이상을 제거할 수 있다. 특히 초음파(20 KHz)와 결합하면 20분 이내에 ‘비스페놀 A’ 100% 제거하는 것을 확인했다. 또 수차례의 반복 및 재이용 실험에서도 약 93%의 높고 안정적인 제거효율을 확인할 수 있었다.

정경원 박사는 “본 연구를 통해 개발된 촉매제는 다양한 폐자원을 활용할 수 있기 때문에, 대체가능 물질에 대한 추가 연구를 통해 다양한 바이오매스 활용을 통한 폐자원 순환형 촉매제 개발을 예정 중이다”라고 말했다. 

최재우 박사는 “향후 공정의 최적화 및 회수성 증대에 대한 연구를 통해 환경적 측면과 경제적 측면을 동시에 충족시킬 수 있는 환경호르몬 제거 시스템을 구축하는데 큰 기여를 할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 기관고유사업으로 수행됐으며 연구결과는 ‘Ultrasonics Sonochemistry’에 최신호에 게재됐다.