고려대학교 공동 연구팀이 얼음 결정의 성장 원리를 활용해 물속 나노플라스틱을 최대 95% 제거하는 기술을 개발했다.

고려대는 화공생명공학과 안동준 교수 연구팀이 명지대 화공신소재공학부 정우혁 교수 연구팀과 함께 얼음 결정과 식물 유래 바이오 용매를 활용한 나노플라스틱 분리 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.

나노플라스틱은 크기가 매우 작고 물속에 안정적으로 분산돼 있어 자연적으로 가라앉지 않는다. 기존에는 응집제나 흡착제, 분리막 등을 활용해 제거했지만 추가적인 화학물질이나 분리 소재가 필요하고 입자의 표면 특성에 따라 제거 효율이 달라지는 한계가 있었다.

연구팀은 물이 얼면서 얼음 결정이 성장하는 과정에 주목했다. 물이 얼면 나노플라스틱 입자와 바이오 용매가 얼음 결정 사이의 좁은 공간으로 밀려나면서 농도가 높아진다. 이 과정에서 입자 간 접촉이 늘어나 나노플라스틱이 서로 뭉치는 현상이 촉진된다.

특히 식물 유래 바이오 용매인 'd-리모넨'이 영하 환경에서 나노플라스틱의 응집을 촉진하는 데 효과적인 것으로 나타났다.

연구팀이 표면 특성이 서로 다른 100나노미터(㎚) 크기의 폴리스티렌 나노플라스틱 3종을 대상으로 실험한 결과, 단 한 번의 동결·해동 과정만으로 물속에 남아 있는 나노플라스틱 입자 수가 90~95% 감소했다.

응집된 나노플라스틱은 마이크로미터(㎛) 크기의 덩어리로 커졌으며 얼음을 녹인 뒤에도 뭉친 상태를 유지했다. 또 바이오 용매와 함께 형성된 응집체는 물보다 밀도가 낮아 수면으로 떠올랐다. 이를 걷어내는 방식으로 나노플라스틱을 쉽게 분리·회수할 수 있다는 설명이다.

이번 연구는 기존 화학 응집제나 고체 흡착제에 의존하지 않고 나노플라스틱을 분리하는 새로운 방법을 제시했다는 점에서 의미가 있다.

연구팀은 향후 실제 수질 환경에서 분리 성능을 검증하고 바이오 용매의 회수·재사용과 냉각 에너지 효율을 개선하면 다양한 수처리 분야에 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

이번 연구 성과는 화학공학·환경공학 분야 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)'에 지난달 14일 온라인 게재됐다. 연구는 한국연구재단의 공학선도연구센터(ERC) 사업 지원을 받아 수행됐다.

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