KIST, 맹독성 중금속 흡착하는 바이오 소재 개발

[충청뉴스 이성현 기자] 국내 연구진이 다시마를 이용해 물속 맹독성 중금속을 제거하는 바이오 소재를 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 문자원순환연구단 정경원·최재우 박사팀이 물 속 안티모니, 크롬, 비소 등 음이온 중금속을 흡착·제거할 수 있는 바이오차(바이오매스와 숯의 합성어) 소재를 개발했다고 28일 밝혔다.

안티모니(Sb)는 반도체, 배터리, 난연제, 차량용 브레이크패드 등 다양한 산업분야에 유용하게 사용되고 있다.

그러나 이를 이용하는 산업공단 인근에 있는 마을 주민들이 집단으로 암에 걸려 사망하고, 폐와 호흡기 계통 질환을 앓은 사례가 있을 만큼 독성이 강한 중금속이다.

이러한 문제가 발생하지 않게 하기 위해서 산업 폐수를 배출할 때 중금속을 일정 농도 이하로 제거 후 배출해야 하는데, 일반적으로 활성탄을 이용해 흡착해 제거하고 있다.

우리나라는 활성탄의 약 70%를 수입에 의존하고 있어, 이를 대체할 수 있는 저비용, 고효율 흡착소재 개발이 필요한 상황이다.

최근에는 다양한 바이오매스를 이용해 생산할 수 있는 바이오차에 대한 연구가 각광받고 있다.

바이오차는 활성탄 대비 생산비용이 약 3~6%에 불과하고 생산과정에서 이산화탄소가 발생하지 않는 것이 장점이다. 그러나 일반적인 중금속에 대한 제거효율이 뛰어나지만 비소, 크롬, 안티모니와 같은 음이온계 맹독성 중금속은 제거하기 어려운 데다가 입자 크기가 작아 중금속을 흡착한 바이오차를 회수하기 어려워 2차오염을 유발할 수 있다는 한계가 있었다.

이에 연구진은 세계 해조류 생산량 3위인 우리나라의 특성을 살려 양식장 및 연안에서 버려져 해양 오염을 일으킬 수 있는 해조류의 뿌리 등의 버리는 부분을 이용하여 새로운 바이오차를 생산했다.

또 생산한 바이오차의 표면에 자성물질인 제이콥사이트(MnFe2O4)를 결합시켜 음이온계 중금속을 흡착할 수 있고, 중금속을 흡착한 바이오차를 외부 자력을 이용해 회수할 수도 있게 됐다.

연구진은 개발한 소재가 오염물질과 접촉할 수 있는 비표면적을 극대화할 수 있도록 미세한 구 형태의 입자를 계층적 형태로 합성했다.

그 결과 일반 바이오차 보다 비표면적이 34배 증가했으며, 안티모니에 대한 흡착소재 단위무게 당 최대흡착량(mg/g)은 약 100배 이상 상승했다.

아울러 대부분의 기존 연구가 대상 오염물질에 대한 최대흡착 효율을 산정할 때 이상적인 조건인 증류수를 이용해 소재의 효율성을 검증했던 것과는 달리 수돗물과 강물에 직접 적용했으며, 그럼에도 불구하고 증류수 조건과 유사한 90% 이상의 안티모니 제거효율을 확인했다.

정경원 박사는 “해양 오염을 유발하는 폐해조류로 바이오차를 생산했으며, 개발한 합성기술은 일반적인 바이오 오일 생산 이후 남은 찌꺼기에도 적용이 가능하다”고 설명했다.

최재우 박사는 “개발한 소재를 활용하면 수계 내 배출되는 맹독성 중금속을 효과적으로 제어하여 수생태 안전성을 확보할 수 있으며, 기존 활성탄과는 달리 생산과정에서 CO2 발생이 없어 탄소중립 달성에 기여할 수 있다”고 말했다.