테크니온-이스라엘 공과대학교(Technion-Israel Institute of Technology)는 토목환경공학과 아디 라디안(Adi Radian) 박사와 사맙티 쿤두(Samapti Kundu) 박사후연구원이 이끈 연구팀이 식수 속 PFAS(과불화합물)의 일종인 ‘합성유기불소화합물(synthetic organofluorine chemical compounds)’을 제거하는 기술 조합을 발견했다고 지난 1월 13일 밝혔다.

PFAS는 쉽게 분해·배출되지 않기 때문에 ‘영원한 화학물질(forever chemicals)’이라고도 불리는 오염물질군이다. 공기, 물, 토양 및 식품뿐 아니라 테프론 팬 코팅, 소방용 발포제(fire-fighting foam), 난연제 및 방수 첨가제와 같은 다양한 제품에서 발견된다. 

PFAS 물질은 일반적으로 처리된 하·폐수를 사용하는 농업 관개 등의 다양한 방법을 통해 지하수로 유입된다. 화학적 안정성이 높기 때문에 토양에 오랫동안 잔류할 수 있어 식수원을 광범위하게 오염시키며 결국 인체 노출을 크게 증가시킨다.

인체가 PFAS에 노출되면 암, 심장 및 간 질환, 생식 능력 문제, 선천적 기형 및 면역 체계 손상을 비롯해 많은 건강 위험이 발생할 수 있다. 이 때문에 2017년 국제암연구기관(IARC)은 PFAS에 심하게 노출된 피험자의 신장암 및 고환과의 연관성에 대한 제한된 역학 증거를 근거로 PFAS를 발암 가능성 물질로 분류했다. 

아디 라디안(Adi Radian) 테크니온공대 토목환경공학과 조교수는 이스라엘 첨단산업을 중점 보도하는 『노카멜스(NoCamels)』와의 인터뷰에서 “최근 이러한 화학물질이 심각한 건강과 생태학적 위험을 초래하는 사례가 계속해서 밝혀지고 있어, 이를 제거하고 파괴하는 방법을 찾는 것이 매우 중요하다”고 말했다. 

오늘날 식수에서 PFAS 물질을 제거하기 위해 ‘흡착(Adsorption)’ 기술이 활용되고 있다. 흡착은 표면이나 계면에서 분자 또는 이온이 상 내부에 비해 농축되는 현상이다. 

하지만 이 기술은 단지 물에서 흡착물질로 오염물질을 전달하기 때문에 독성 흡착물질을 제거하기 위한 추가 정화 과정이 필요하다는 점에서 효율성이 떨어진다. 선택적 제거 성능 또한 취약해 인체 건강에 필수적인 물질도 제거할 수도 있다. 

산화공정을 사용하고 오염물질을 효율적으로 흡착하는 폴리머를 사용하는 방법이 유망한 해결책으로 주목받고 있지만 아직 이를 활용해 제거 효과를 밝혀낸 사례는 없다. 

이에 아디 라디안 박사 연구팀은 PFAS 물질을 특수 중합체로 분리한 후, 고도산화공정을 사용해 제거하는 두 가지 기술의 결합 가능성을 검토했다. 그 결과, 기술을 적절히만 조합하면 광범위한 산도(pH) 및 염분에서 높은 효율로 PFAS 물질을 제거할 수 있음을 알아냈다. 

연구팀은 해당 기술 조합으로 7가지 종류의 PFAS 물질이 동일한 유체 단위에서 발견되는 경우에도 몇 분 이내에 90%에 근접하는 효율 수준에서 제거되는 것을 확인했다. 

아디 라디안(Adi Radian) 박사는 “우리가 제안한 기술 조합은 크게 두 가지 이점이 있다. 하나는 흡착제 역할을 해 오염된 물에서 PFAS를 빠르고 효율적으로 제거하는 것이다. 필터가 용량에 도달하면, 과산화수소를 추가해 쉽게 재생이 가능하다. 과산화수소는 흡착된 오염물질을 분해하고 계속해서 사용될 수 있도록 흡착제를 재생시킨다”라고 말했다. 

그는 이어 “또 다른 이점은 흡착제 소재가 점토, 산화철, 사이클로덱스트린(cyclodextrins) 등에 기반한 무독성 물질이기 때문에 더 이상 필요하지 않으면 쉽게 폐기가 가능하다는 점이다”라고 말했다. 

연구팀이 이번 연구에서 사용한 ‘점토-철-폴리머 복합체(clay-iron-polymer composites)’는 PFAS를 표면에 가둔 뒤 무독성 물질(불소이온, 물, 이산화탄소)로 분해하는 산화 과정을 가속하는 촉진제 역할을 했다. 이 조합은 PFAS를 효율적으로 제거하고 음용수에서 원치 않는 물질을 방출하지 않는다. 

아디 라디안 박사는 특히 “이 조합을 사용하면 가열, 자외선(UV) 복사, 음파 사용과 같은 보완 공정을 별도로 거칠 필요가 없어 공정이 단순해지고 비용까지 절감할 수 있다”고 강조했다. 

아디 라디안 박사는 “해당 기술 조합은 PFAS뿐만 아니라 기타 독성 오염물질을 제거하는 데에도 효과가 있는 것으로 검증되고 있다”면서 “연구팀은 기술을 더 발전시켜 내년 이스라엘의 오염 지역에서 나오는 실제 물로 시험하는 것을 목표로 하고 있다. 우리 기술이 현장에 적용 가능한 지속가능한 기술로 발전하기를 희망한다”고 말했다.

그는 그러면서 “기초과학 및 공학 연구는 현장에서 적용가능한 기술을 개발하기 위한 토대”라면서 “환경공학 분야에서 지속가능한 혁신기술을 확보하기 위한 산·관·학 간 활발한 협력을 기대한다”고 강조했다. 

이번 연구 결과는 화학공학 분야 국제 학술지 『화학공학저널(Chemical Engineering Journal)』에 게재됐다.

[출처 = 테크니온-이스라엘 공과대학교(https://www.technion.ac.il/en/2022/01/removing-pfas-drinking-water) / 2022년 1월 13일자 보도자료]

[『워터저널』 2022년 2월호에 게재]