최근 광공업과 기계, 전자, 화학업체 등 다양한 산업체로부터 파생되는 수중 내 유독성 중금속은 자연 생태계를 위협할 뿐 아니라 인간에게도 중독과 사망에까지 이를 수 있어 이를 방지할 수 있는 연구가 많이 진행되고 있다. 지금까지 환경 중금속 오염물질의 효율적 처리를 위해 식물 정화, 산화-환원의 화학적 침전, 광촉매 등 여러 물리·화학적 처리 등이 주를 이루고 있다.

이러한 수중 내 유독성 중금속을 저비용으로 매우 효율적으로 제거할 수 있는 신복합소재 흡착제를 전북대학교 김한주 교수(융합기술공학부) 연구팀이 개발해 이목을 끌고 있다.

특히 김 교수팀이 개발한 새로운 흡착제인 신복합소재는 기존 방법보다 저비용으로 단순하게 제작할 수 있고, 반영구적이기까지 해 유독성 중금속을 제거하는 유망한 기술로 평가되고 있다.

이번 연구 결과는 환경 분야의 저명 국제 학술지인 『케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal / IF: 10.652, SCI Journal Rank: 2.315)』에 ‘3D 다공성 탄소 나노 섬유 네트워크를 기반으로 복합소재(Co-Al-LDH @ Fe2O3 / 3DPCNF)에 의한 Cr (VI) 및 Pb (II) 이온의 흡착에 관한 새로운 개념(Novel insight into the adsorption of Cr(VI) and Pb(II) ions by MOF derivedCo-Al layered double hydroxide @hematite nanorods on 3D porous carbonnanofiber network)’이라는 제목의 논문으로 최신 온라인 판에 게재됐다.

김 교수팀은 그간의 한계였던 제한된 흡수나 흡착뿐 아니라 제거에 방해가 되는 응집을 해결하는 데 연구의 방점을 찍었다. 산화철인 Fe2O3 나노 입자의 폴리머 및 3차원 다공성 탄소 나노 섬유(3DPCNF)인 탄소 기반 재료를 기반으로 비표면적을 크게 하고, 전도성을 얻게 했다.

연구팀은 중금속 물질의 침전, 표면 개질 및 전자 이동을 고려한 흡착 메커니즘을 통해 초친수성 신소재(Co-Al-LDH @ Fe2O3 / 3DPCNF)는 수중내의 Cr (VI) 및 Pb (II) 금속물에 대해 최대 흡착 및 초고속 제거 효율의 실험결과를 얻었다.

이를 통해 무독성 특성과 광범위한 용도 개발용 등으로 확장될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 높은 화학적 안정성과 저비용으로 향상된 흡수, 흡착성이 보장돼 지속적인 리싸이클 재료로의 응용도 기대된다.

이번 연구 책임을 맡은 전북대 김한주 교수는 “수중 중금속 제거에 유효한 산화철 나노입자를 적용, 제한된 흡착이 아닌 응집성 및 안정성 확보를 위해 탄소기반 재료를 응용한 반영구적인 새로운 흡착기술”이라며 “저비용으로 매우 높은 효율을 보였기 때문에 앞으로 환경 파괴의 원인을 매우 효율적이고 지속적으로 제거할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.

한편, 김한주 교수와 밀란포델 대학원생(박사과정수료) 등 연구팀은 융합기술공학부(IT융합기전공학) 군산 새만금 프론티어 캠퍼스에서 에너지, 환경개선용 신소재제조 분야에 연구 수행하고 있다. 김 교수는 20여년 간 산업체 경험으로 다년간 특허, 기술이전 및 우수한 많은 국제 논문을 출판한 바 있다. 이번 연구는 한국연구재단(NRF)의 교육부의 기초연구 지원사업으로 수행됐다.