[중앙이코노미뉴스 한상현 기자] POSTECH(포항공과대학교) 기계공학과 임근배 교수, 박사과정 최운재 씨, 이민수 박사 연구팀은 나노채널 기반의 국소 pH 조절 기술을 이용해 혁신적인 붕소 제거 시스템을 개발했다. 이번 연구는 환경과학 · 공학 분야 국제 학술지인 ‘유해물질 저널(Journal of Hazardous Materials)’ 온라인판에 게재됐다.

붕소는 농업과 산업, 반도체 제조 등 여러 분야에서 필수적인 원소로 사용된다. 그러나 과도한 붕소가 물에 포함될 경우 인체와 환경에 치명적인 영향을 미칠 수 있다. 세계보건기구(WHO)는 음용수 내 붕소 허용치를 2.4mg/L로 규정했으며, 한국과 미국, 일본 등 주요 국가들은 이를 1.0mg/L 이하로 더욱 강화했다.

특히 물속 붕소는 대부분 전기적으로 중성인 ‘붕산(Boric acid)’ 형태로 존재해 전기적 인력을 이용하는 기존의 흡착제를 사용하는 데 어려움이 있었고, 해수의 담수화에 널리 사용되고 있는 ‘역삼투 처리’ 기술로도 붕소를 완전히 제거하는 데 한계가 있었다.

연구팀이 개발한 ‘멀티스케일 다공성 스펀지(MP-AES)’는 나노미터 규모의 채널을 통해 붕소를 효과적으로 제거할 수 있다. 이 스펀지는 특수 흡착 소재가 코팅되어 있어 채널 내부에서 산도(pH)를 국소적으로 조절해 물속의 중성 붕산을 음전하를 띤 붕산염으로 바꾸고 이를 효과적으로 흡착한다. 

또한, 이 마이크로미터 크기의 기공을 가진 친수성 스펀지는 물이 빠르게 확산할 수 있도록 설계되어 별도의 장비 없이도 물에 담그기만 하면 빠르게 붕소를 흡착해 제거한다.

특히, NMDG1)를 흡착물질로 사용한 기존 방식은 붕소 제거 성능이 우수하지만 재생 과정에서 많은 화학약품이 필요하고, 흡착된 붕소를 떼어내는 데 어려움이 많았다. 이에 비해 POSTECH 연구팀의 스펀지 시스템은 ‘포스트잇’처럼 간단히 붙이고 떼어내어 다시 사용할 수 있으며, 재생과정에서도 소량의 염기성 용액만 필요해 화학약품 사용량도 크게 줄였다.

POSTECH 임근배 교수는 “이번 연구를 통해 재사용이 쉽고, 운영비용도 낮출 수 있는 흡착 시스템을 구현했다”라며, “음용수 정제는 물론 농업용수 관리와 반도체 공정 초순수 생산 등 분야에서 실질적 도움을 줄 것”이라는 말을 전했다.

한편, 이 연구는 과학기술정보통신부 나노소재기술개발사업 지원으로 수행됐다.