“물 속 붕소 제거, 스펀지 하나면 충분해”

포스텍 임근배 교수 연구진, 국소적 pH조절 기술 활용 친환경 재생형 붕소 제거 흡착제 개발

포스텍(포항공대)은 기계공학과 임근배 교수, 박사과정 최운재 씨, 이민수 박사 연구팀은 나노채널 기반의 국소 pH 조절 기술을 이용해 혁신적인 붕소 제거 시스템을 개발했다고 8일 밝혔다. 

이번 연구는 환경과학·공학 분야 국제 학술지인 ‘유해물질 저널’ 온라인판에 게재됐다.

왼쪽부터 임근배 교수, 박사과정 최운재 씨. 포스텍 제공

붕소는 농업과 산업, 반도체 제조 등 여러 분야에서 필수적인 원소로 사용된다. 

하지만 과도한 붕소가 물에 포함될 경우 인체와 환경에 치명적인 영향을 미칠 수 있다. 

세계보건기구(WHO)는 음용수 내 붕소 허용치를 2.4mg/L로 규정했으며, 한국과 미국, 일본 등 주요 국가들은 이를 1.0mg/L 이하로 더욱 강화했다.

특히 물속 붕소는 대부분 전기적으로 중성인 ‘붕산(Boric acid)’ 형태로 존재해 전기적 인력을 이용하는 기존의 흡착제를 사용하는 데 어려움이 있었고, 해수의 담수화에 널리 사용되고 있는 ‘역삼투 처리’ 기술로도 붕소를 완전히 제거하는 데 한계가 있었다.

연구팀이 개발한 ‘멀티스케일 다공성 스펀지(MP-AES)’는 나노미터 규모의 채널을 통해 붕소를 효과적으로 제거할 수 있다. 

이 스펀지는 특수 흡착 소재가 코팅되어 있어 채널 내부에서 산도(pH)를 국소적으로 조절해 물속의 중성 붕산을 음전하를 띤 붕산염으로 바꾸고 이를 효과적으로 흡착한다. 

이민수 박사

또한, 이 마이크로미터 크기의 기공을 가진 친수성 스펀지는 물이 빠르게 확산할 수 있도록 설계되어 별도의 장비 없이도 물에 담그기만 하면 빠르게 붕소를 흡착해 제거한다.

특히, NMDG1를 흡착물질로 사용한 기존 방식은 붕소 제거 성능이 우수하지만 재생 과정에서 많은 화학약품이 필요하고, 흡착된 붕소를 떼어내는 데 어려움이 많았다. 

반면 포스텍 연구팀의 스펀지 시스템은 ‘포스트잇’처럼 간단히 붙이고 떼어내어 다시 사용할 수 있으며, 재생과정에서도 소량의 염기성 용액만 필요해 화학약품 사용량도 크게 줄였다.

임근배 교수는 “이번 연구를 통해 재사용이 쉽고, 운영비용도 낮출 수 있는 흡착 시스템을 구현했다”라며 “음용수 정제는 물론 농업용수 관리와 반도체 공정 초순수 생산 등 분야에서 실질적 도움을 줄 것”이라고 말했다.

한편, 이 연구는 과학기술정보통신부 나노소재기술개발사업 지원으로 수행됐다. 

포항=이영균 기자 [e-mail]