인 흡착 후 자연퇴비로 활용 가능
녹조제거 및 광범위한 산업현장 적용 기대
[기계신문] 매년 되풀이되고 있는 낙동강 본류 전 구간에 발생하는 녹조현상은 1,300만 영남주민의 식수원 안전을 위협하고 있다. 이처럼 식수원을 위협하는 녹조현상을 예방하기 위해, 한국과학기술연구원(KIST) 물자원순환연구센터 정경원 박사팀이 물 속 인(Phosphorus, 燐)을 효과적으로 제거할 수 있는 친환경 나노 합성복합체를 개발했다.
주로 수온이 높아지는 6월경부터 발생하는 녹조현상은 호수나 하천에서 식물성 플랑크톤이 대량 증식하여 발생하는 현상으로, 특히 조류의 성장에 필요한 영양염류 중 인 농도의 증가로 물 속 부영양화를 일으켜 녹조현상을 유발한다. 따라서 녹조현상을 선제적으로 대응하기 위해서는 인이 물 속으로 유입되는 것을 사전에 차단하는 것이 매우 중요하다.
최근 친환경 바이오차(Biochar)를 이용해 흡착공정을 통한 다양한 물 속 오염물질을 제거하는 연구가 진행되고 있다. 바이오차는 높은 오염물질 제거효율과 함께 환경적·경제적 장점을 바탕으로 기존 활성탄을 대체할 수 있는 물질로 각광을 받고 있다. 하지만 바이오차는 일반적으로 음전하를 띄고 있어 음이온계 오염물질을 효과적으로 제거하기에 한계가 있었다.
KIST 연구팀은 먼저 농작부산물인 왕겨의 표면에 토양 내 다량 함유되어 있는 마그네슘과 알루미늄을 기반으로 한 무독성 무기입자(금속이중층수산화물)을 코팅하고, 공동 열분해(co-pyrolysis) 과정을 통해 보다 쉽고 간단한 방법으로 나노 복합체를 개발하였다.
연구팀은 별도의 추가적인 장치 없이 실제 현장에 쉽게 적용이 가능한 복합체를 개발했으며, 여러 다양한 환경조건에서도 안정적으로 인을 제거하는 것을 확인하였다.
연구팀은 실험을 통해 개발한 바이오차 복합체가 같은 온도조건에서 합성한 바이오차 대비하여 5배 이상 향상된 인의 흡착성능을 확인하였으며, 흡착공정에서 가장 중요한 요인으로 알려진 농도(pH)의 조절 없이도 약 98%이상의 높은 제거효율을 얻을 수 있었다.
또한 연구팀은 흡착 성능뿐만 아니라, 인산염 제거 시 흡착원리를 규명하고 반복·재이용에 따른 제거율 감소 이유 등에 대해 제시하였다. 이렇게 인이 흡착된 바이오차의 경우, 훌륭한 자연퇴비로도 활용이 가능하다는 장점도 있다.
KIST 물자원순환연구센터 정경원 박사는 “이번 연구를 통해 개발된 복합체는 인뿐만 아니라 다른 음이온성 오염물질인 비소나 염색 폐수 등에도 높은 제거효율을 보이기 때문에, 다양한 산업현장에 적용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.
KIST는 현재 경북도청과 정부산하기관인 한국건설기술연구원, 한국전자통신연구원, 한국수자원공사, 구미전자정보기술원 간의 협동 연구를 통한 낙동강 녹조제어 통합 플랫폼 개발에 착수하여 연구에 매진 중이다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부 지원 아래 KIST 기관고유사업과 국가과학기술연구회(NST) 창의형 융합연구사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 ‘Composites Part B : Engineering’ 최신호에 게재됐다.