[해외연구보고서] 클락슨대학교 연구팀, 활성탄에 붙은 PFAS 간단히 분해하는 기술 개발

PFAS 흡착 활성탄, 상온에서 간단히 완전 분해

스테인리스 볼 밀 이용한 무첨가 공정…폐기 문제 해결 단서

 

 

클락슨대학교(Clarkson University) 연구팀이 스테인리스 볼 밀링만으로 활성탄에 흡착된 PFAS를 상온에서 완전히 분해하는 새로운 공정을 개발했다. [사진제공(Photo Source) = Clarkson University]

 

클락슨대학교(Clarkson University) 연구팀이 일명 영원한 화학물질로 불리는 PFAS를 스테인리스 스틸 볼 밀 장비만으로 분해하는 새로운 기술을 개발했다. 이 방식은 별도의 화학약품이나 열, 용매를 전혀 쓰지 않아 기존 처리법보다 훨씬 단순하고 친환경적인 것이 특징이다.

PFAS는 코팅 프라이팬, 소방용 거품, 발수 기능 의류 등 다양한 제품에 사용돼 온 화학물질이다. 환경에서 거의 분해되지 않아 사람과 동물, 수자원에 축적될 수 있어 ‘영원한 화학물질’이라 불린다.

환경과학기술레터스(Environmental Science & Technology Letters)에 게재된 이번 연구는 입상 활성탄에 붙어 있는 PFAS가 스테인리스 스틸 볼 밀로 처리하는 것만으로 완전히 분해될 수 있음을 확인했다.

양양(Yang Yang) 클락슨대학교 토목환경공학과 부교수는 “입상 활성탄은 PFAS를 물에서 제거하는 데 널리 쓰이지만, 그 위에 쌓인 PFAS를 어떻게 처리할지는 여전히 큰 과제였디”고 설명했다. 이어 “이번에 개발한 공정은 상온에서 PFAS를 깨끗하고 간단하게 제거할 수 있는 새로운 방법”이라고 설명했다.

이번 연구에는 양 부교수와 함께 대학원생 주진위안(Jinyuan Zhu), 쉬샤오톈(Xiaotian Xu), 양난양(Nanyang Yang)이 참여했다. 연구팀은 볼 밀 과정에서 강철 볼이 서로 충돌할 때 트리보전자(Triboelectrons)가 발생하며, 이 전자가 탄소와 반응해 PFAS 분해를 촉진한다는 사실을 확인했다.

이 방식은 실험실에서 만든 활성탄뿐 아니라 실제 환경에서 수거한 활성탄에 들어 있던 다양한 PFAS에도 효과가 있었다. 처리 후 샘플을 매립지와 유사한 조건에서 시험한 결과, PFAS가 새어 나오는 일은 전혀 없었다. 이는 오랫동안 해결하지 못했던 사용된 활성탄을 어떻게 안전하게 폐기할 것인가라는 과제에 새로운 해법을 제시한 셈이다.

이번 연구는 미국 국립과학재단(NSF)의 CAREER 어워드 지원을 받아 수행됐다. 알란 로스너(Alan Rossner) 교수, 수잔 페르난도(Sujan Fernando) 박사, 토머스 홀슨(Thomas Holsen) 교수도 연구 과정에 힘을 보탰다. 시험 분석은 공기·수자원공학과학센터(Center for Air & Aquatic Resources Engineering & Sciences)가 지원했다.

이번 연구는 ‘Additive-Free Ball Milling in Stainless Steel Mills Enables Destruction of PFAS on Granular Activated Carbon(무첨가 스테인리스 볼 밀링을 통한 입상 활성탄의 PFAS 분해)’ 이라는 제목으로 미국화학회(ACS)에 오픈액세스 형태로 공개돼 있다.

[원문보기]

Clarkson Researchers Find Simple Way to Destroy PFAS on Activated Carbon

Researchers at Clarkson University have discovered a new way to destroy “forever chemicals,” known as PFAS, using only stainless steel ball milling equipment. The method does not need added chemicals, heat, or solvents.

PFAS, or per- and polyfluoroalkyl substances, are a group of man-made chemicals used in products like nonstick pans, firefighting foam and water-resistant clothing. They are called “forever chemicals” because they do not break down easily in the environment and can build up in people, animals and water supplies.

The study, published in Environmental Science & Technology Letters, demonstrates that PFAS adsorbed on granular activated carbon can be completely destroyed by milling the material in a stainless steel ball mill.

“Granular activated carbon is widely used to remove PFAS from water,” said Yang Yang, an associate professor of civil and environmental engineering at Clarkson University. “But dealing with used carbon filled with PFAS has become a big problem. Our new process offers a clean and simple way to get rid of these chemicals at room temperature.”

Graduate students Jinyuan Zhu, Xiaotian Xu, and Nanyang Yang worked on the project with Yang. The team found that the collision of steel balls during the milling process generates triboelectrons, which facilitate the breakdown of PFAS through reactions with carbon.

The method worked on many types of PFAS found in both lab-made and real-world carbon samples. After treatment, no PFAS release was detected when the samples were tested under conditions similar to a landfill. This suggests the treated carbon may now be safe for disposal, which has been a long-standing challenge.

The project was supported by the National Science Foundation through a CAREER Award. Additional help came from Professor Alan Rossner, Dr. Sujan Fernando and Professor Thomas Holsen. The Center for Air & Aquatic Resources Engineering & Sciences provided testing support.

The full study, “Additive-Free Ball Milling in Stainless Steel Mills Enables Destruction of PFAS on Granular Activated Carbon,” is available open access through the American Chemical Society.

[출처 = 클락슨대학교(Clarkson University)(https://www.clarkson.edu/news-events/clarkson-researchers-find-simple-way-destroy-pfas-activated-carbon) / 2025년 11월 21일]