김한주 교수팀, 신복합소재 중금속 흡착제 개발

전북대 김한주 교수팀이 적은 비용으로 보다 효과적으로 수중 내 유독성 중금속을 제거 할 수 있는 흡착제를 개발해 화제가 되고 있다.
최근 광공업과 기계, 전자, 화학업체 등 다양한 산업체로부터 파생되는 수중 내 유독성 중금속은 자연 생태계를 위협하고 있다.
뿐만 아니라 인간에게도 중독과 사망에까지 이를 수 있어 이를 방지할 수 있는 연구가 많이 진행되고 있다.
이에 지금까지 환경 중금속 오염물질의 효율적 처리를 위해 식물 정화, 산화-환원의 화학적 침전, 광촉매 등 여러 물리·화학적 처리 등이 주를 이루고 있다.
이러한 상황 가운데서 수중 내 유독성 중금속을 저비용으로 매우 효율적으로 제거할 수 있는 신복합소재 흡착제를 전북대학교 김한주 교수(융합기술공학부) 연구팀이 개발한 것이다.
특히 김 교수팀이 개발한 새로운 흡착제인 신복합소재는 기존 방법보다 저비용으로 단순하게 제작할 수 있을 뿐더러 반영구적이여서 유독성 중금속을 제거하는 유망한 기술로 높이 평가되고 있다.
이번 연구 결과는 환경 분야의 저명 국제 학술지인 『케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal / IF: 10.652, SCI Journal Rank: 2.315)』에 ‘3D 다공성 탄소 나노 섬유 네트워크를 기반으로 복합소재(Co-Al-LDH @ Fe2O3 / 3DPCNF)에 의한 Cr (VI) 및 Pb (II) 이온의 흡착에 관한 새로운 개념(Novel insight into the adsorption of Cr(VI) and Pb(II) ions by MOF derivedCo-Al layered double hydroxide @hematite nanorods on 3D porous carbonnanofiber network)’이라는 제목의 논문으로 최신 온라인 판에 게재됐다.
특히 김 교수팀은 그간의 한계였던 제한된 흡수나 흡착뿐 아니라 제거에 방해가 되는 응집을 해결하는 데 연구의 방점을 찍었다.
산화철인 Fe2O3 나노 입자의 폴리머 및 3차원 다공성 탄소 나노 섬유(3DPCNF)인 탄소 기반 재료를 기반으로 비표면적을 크게 하고, 전도성을 얻게 했다.
연구팀은 중금속 물질의 침전, 표면 개질 및 전자 이동을 고려한 흡착 메커니즘을 통해 초친수성 신소재(Co-Al-LDH @ Fe2O3 / 3DPCNF)는 수중내의 Cr (VI) 및 Pb (II) 금속물에 대해 최대 흡착 및 초고속 제거 효율의 실험결과를 얻었다.
이를 통해 무독성 특성과 광범위한 용도 개발용 등으로 확장될 수 있을 것으로 기대된다. 또 높은 화학적 안정성과 저비용으로 향상된 흡수, 흡착성이 보장돼 지속적인 리싸이클 재료로의 응용도 기대된다.
이번 연구 책임을 맡은 전북대 김한주 교수는 “수중 중금속 제거에 유효한 산화철 나노입자를 적용, 제한된 흡착이 아닌 응집성 및 안정성 확보를 위해 탄소기반 재료를 응용한 반영구적인 새로운 흡착기술”이라며 “저비용으로 매우 높은 효율을 보였기 때문에 앞으로 환경 파괴의 원인을 매우 효율적이고 지속적으로 제거할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
한편 김한주 교수와 밀란포델 대학원생(박사과정수료) 등 연구팀은 융합기술공학부(IT융합기전공학) 군산 새만금 프론티어 캠퍼스에서 에너지, 환경개선용 신소재제조 분야에 연구 수행하고 있다.
김 교수는 20여년 간 산업체 경험으로 다년간 특허, 기술이전 및 우수한 많은 국제 논문을 출판한 바 있다. 이번 연구는 한국연구재단(NRF)의 교육부의 기초연구 지원사업으로 수행됐다.

이정은 기자 / 00hjw00@hanmail.net

입력 : 2021년 04월 13일