[신기술] UNIST, 전도성 고분자로 PFAS 흡착·탈착하는 기술 개발

저농도 PFAS 농축·분해…기존 방식 대비 전기에너지 20분의 1

분리·처리 공정 통합으로 폐수 처리 효율 높여

 

과불화화합물(PFAS)은 프라이팬 코팅과 방수 의류 제조, 반도체 공정 등에 사용되는 물질이다. 최근 극미량의 PFAS도 인체 건강에 영향을 줄 수 있다는 연구 결과가 잇따라 발표되면서, 우리나라와 미국 등에서는 음용수 속 PFAS 허용 기준을 리터당 나노그램 수준 이하로 낮추고 있다. 이로 인해 저농도 PFAS가 포함된 폐수까지 효과적으로 처리할 수 있는 기술의 필요성이 커지고 있다.

이에 울산과학기술원(UNIST, 총장 박종래) 지구환경도시건설공학과 김귀용 교수와 반도체소재·부품대학원 김병조 교수팀은 전도성 고분자를 이용해 저농도 폐수 속 PFAS를 효과적으로 농축하고, 이를 분리해 전기분해하는 기술을 개발했다. 

이 기술은 인가 전압의 방향에 따라 전도성 고분자의 성질이 달라지는 특성을 이용한다. 전도성 고분자가 코팅된 전극을 폐수에 넣고 전압을 가하면, 고분자가 마치 자석이 철가루를 끌어모으듯 PFAS를 표면에 모은다. 이후 전압의 방향을 바꾸면 전극에 붙어 있던 PFAS가 다시 떨어져 나온다. 이 과정을 통해 물속에 희석되어 떠다니던 PFAS만 선택적으로 모아 고농도로 농축할 수 있다. 이후 별도로 처리하면 저농도 상태보다 훨씬 적은 전기에너지로 효율적인 처리가 가능하다.

연구팀은 이 방식을 적용해 기존의 전기화학 분해 방식보다 20배 이상 낮은 전기에너지로 PFAS를 분해하는 데 성공했다. 하수처리수와 수돗물 같은 복잡한 수질 조건에서도 효과가 있음을 입증했다. 

또한 PFAS를 모으는 흡착 전극과 이를 분해하는 전극이 하나의 분해조에 결합한 정화 시스템도 구축했다. 분리와 분해가 연속적으로 이뤄지는 구조로 PFAS 처리 공정을 보다 단순화할 수 있다.

현재 저농도 PFAS 폐수는 활성탄 등을 이용해 PFAS를 흡착시킨 뒤 이를 고온에서 소각하거나 매립하는 ‘분리’와 ‘처리’ 단계가 구분된 방식을 통해 주로 처리된다. 특히 매립 처리의 경우 PFAS를 분해하지 못한 채 자연계와 격리하는 데 그친다는 한계가 있다.

김귀용 교수는 “전도성 고분자는 기존의 PFAS 흡착제와 달리 탈착이나 재상을 위해 별도의 화학약품 처리가 필요없다”며 “흡착된 PFAS도 쉽게 다시 분리할 수 있어 저농도 PFAS 폐수 처리에 경제적인 대안이 될 수 있다”고 말했다. 

이어 “기존 기술과 달리 분리와 처리 과정을 하나로 통합하고, 폐수에서 분리된 PFAS를 매립이나 소각이 아닌 분해까지 할 수 있다는 점도 차별점”이라고 덧붙였다.

연구팀은 분자동역학 시뮬레이션을 통해 전도성 고분자와 PFAS 흡착·탈착 원리도 규명했다. 시뮬레이션 연구를 주도한 김병조 교수는 “이번 계산·시뮬레이션 결과는 향후 오염물 선택성과 가역성을 동시에 갖는 새로운 흡착제를 설계하는 데 중요한 기준이 될 것”이라고 설명했다.

이번 연구는 국제학술지 『환경과학기술(Environmental Science ＆ Technology)』에 ‘가역적 전기흡착과 에너지 효율적 PFAS 정화를 위한 통합 아민­레독스 플랫폼으로서의 폴리아닐린: 분자 메커니즘에서 시스템 통합까지(Polyaniline as an Integrated Amine-Redox Platform for Reversible Electrosorption and Energy-Efficient PFAS Remediation: From Molecular Mechanisms to System Integration)’라는 제목으로 1월 13일 게재됐다.

아울러 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단, 산업통상부 한국산업기술진흥원의 지원을 받아 수행됐다.

[『워터저널』 2026년 2월호에 게재]