부산대 정성욱 교수팀, 수중 나노플라스틱 95% 제거 기술 개발

자성 나노입자 동적 감금 원리 규명
10분 내 고효율 친환경 공정 구현

연구진, 왼쪽부터 정성욱 교수, 정유정 박사과정생, 장은혜 박사. 사진ㅣ부산대학교

인더뉴스 제해영 기자ㅣ부산대학교 정성욱 교수 연구팀이 수중에 존재하는 미세 및 나노플라스틱을 단시간 내 고효율로 제거할 수 있는 새로운 수처리 공정을 개발하며 환경 분야에서 주목받고 있습니다.

미세플라스틱과 나노플라스틱은 크기가 매우 작아 기존 하수처리 시설이나 여과 방식으로는 제거가 쉽지 않으며, 수생 생태계는 물론 인체 건강에도 잠재적인 위협 요인으로 지목돼 왔습니다.

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 자성 특성을 지닌 판상형 철산화물 나노입자에 주목하고, 이들이 수중 플라스틱 입자와 결합하는 과정을 체계적으로 분석했습니다.

기존에 활용되던 구형 나노입자와 달리 판상형 나노입자는 비등방성 구조를 가져 플라스틱과의 접촉 면적이 넓고, 다양한 결합 양식을 형성할 수 있는 장점을 지니고 있습니다.

연구 결과 판상형 자성 나노입자는 미세 및 나노플라스틱 표면에 효과적으로 흡착되며, 입자 간 얽힘과 응집 현상을 통해 제거 효율을 크게 높이는 것으로 확인됐습니다.

특히 외부 자기장을 가할 경우 자성 나노입자들이 빠르게 응집되면서 그 사이 공간에 플라스틱 입자를 가두는 ‘동적 감금’ 현상이 발생하는 점을 규명했습니다.

이 과정에서 연구팀은 짧은 시간 내 95% 이상의 미세·나노플라스틱을 제거할 수 있음을 실험적으로 입증했으며, 처리 시간은 약 10분 이내로 확인됐습니다.

연구팀은 자성 나노입자 표면을 화학적으로 개질해 다양한 환경 조건에서도 안정적인 제거 성능을 유지할 수 있도록 공정을 최적화했습니다. 또한 자기장을 이용해 사용된 나노입자를 회수한 뒤 재사용할 수 있도록 설계해 공정의 경제성과 친환경성을 동시에 확보했습니다.

이번 기술은 하천과 해양, 상수 처리 시설 등 다양한 수처리 환경에 적용할 수 있는 범용성을 갖춘 것으로 평가됩니다. 특히 기존 물리적 여과나 화학적 처리 방식과 병행할 경우 전체 수처리 효율을 한층 끌어올릴 수 있을 것으로 기대되고 있습니다.

연구팀은 이번 성과가 안전한 수자원 확보와 수생 생태계 보호, 공중 보건 향상에 기여할 수 있는 핵심 기술이 될 것으로 보고 있습니다.

정성욱 교수는 “기존 방식으로는 제거가 어려웠던 초미세 플라스틱을 짧은 시간에 고효율로 처리할 수 있다는 점에서 의미가 크다”며 “향후 실증 연구와 산업 적용을 통해 활용 범위를 넓혀가겠다”고 말했습니다.

이번 연구 결과는 환경 분야 국제 학술지 ‘Journal of Environmental Management’ 온라인판에 게재됐으며, 한국연구재단과 산업통상자원부의 연구 지원을 받아 수행됐습니다.

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