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의료 지스트, 염색폐수처리에 특화된 나노여과 분리막 제작
메디컬투데이 박정은 기자
입력일 : 2020-08-11 15:03:16
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향후 전자산업 폐수처리 및 유수분리 공정에 큰 활용 기대
▲전기분무 계면중합법으로 제조되는 염색폐수처리 분리막 (사진=지스트 제공)

[메디컬투데이 박정은 기자]

국내 연구진이 염색폐수처리에 특화된 나노여과 분리막을 제작했다.

지스트 지구·환경공학부 김인수 교수 연구팀이 전기분무 시간에 따라 분리막의 활성층(active layer) 두께를 조절함으로써 염색폐수처리에 특화된 나노여과(loose nanofiltration) 분리막을 개발했다고 11일 밝혔다.

많게는 수천만원까지 드는 정수 비용 부담을 가장 이유로, 매년 장마철을 틈 타 공단에서 염색폐수를 무단 방류하는 사례가 사회적 문제로 떠오르고 있다.

정수 과정을 거치지 않은 공단 폐수는 생화학적 산소 요구량(BOD)과 화학적 산소요구량(COD)이 기준치보다 높을 뿐 아니라 중금속이 포함될 가능성이 크므로 수질에 악영향을 끼칠 것으로 우려된다.

따라서 폐수처리 비용을 최소화하기 위한 방법에 관심이 커지고 있으며, 이와 함께 적은 에너지를 이용해 염료폐수를 처리할 수 있는 분리막 제조 연구가 활발히 진행되어 왔는데 기존의 나노여과 분리막은 염료와 무기염을 동시에 제거하기 때문에 무기염의 재활용이 불가능할 뿐만 아니라 삼투압을 높여 결국 운전 에너지 소비를 증가시키는 단점이 있다.

연구팀은 얇으며 두께조절이 가능한 활성층 제조를 위해 전기분무 (electrospray) 계면중합법(interfacial polymerization)을 이용해, 나노미터(nm·10억분의 1미터) 단위로 활성층의 두께를 제어했다. 최적조건으로 제조된 수처리 분리막의 수투과도는 20.2 LMH/bar으로 초고투과성을 갖춘 동시에 99%이상 염료는 제거했으며 무기염의 투과율은 93%의 성능을 보였다.

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분리막의 오염방지성능은 친수화도(hydrophilicity)와 표면 거칠기 (surface roughness) 및 제타 전위(zeta potential)에 의해 결정이 된다.

전기분무 계면중합법으로 제조한 수처리 분리막은 기존 상용화 분리막보다 향상된 친수화도, 매끄러운 표면 및 낮은 제타 전위를 보여 오염 물질(foulant)이 쉽게 분리막 표면에 부착되지 못해 오염방지성능 지표인 수투과도 회수율이 30% 이상 향상됐다.

김인수 교수는 “이번 연구는 염료는 확실히 제거하고 고농도의 무기염은 회수함으로써 염색폐수 처리 비용 및 염색 비용을 절감할 수 있는 분리막을 개발했다”면서, “향후 전자산업 폐수처리 및 유수분리 공정 등 수처리 시장에서 널리 적용되길 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 지스트가 지원하는 GRI(GIST 연구원) 사업의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 성과는 재료과학분야 국제학술지인 ACS Applied Materials & Interface(ACS AMI)에 7월 22일자로 온라인 게재됐다.  
메디컬투데이 박정은 기자(pj9595@mdtoday.co.kr)
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