산업 활동, 가정, 운송 등에서 지속적으로 배출되는 오염된 오폐수는 환경 지속가능성과 공중 보건에 심각한 위협을 초래한다. 특히, 오염된 폐수 내 기름 성분은 수생 생태계 교란과 인체 건강 위험을 유발한다. 기존 전기응집, 흡착, 화학적 분리 등 전통적 처리법은 높은 운영 비용, 2차 오염, 안정적인 유화 오일 분리의 한계 등 문제점이 있다.
이에 비해 멤브레인(막) 여과 기술은 높은 오일 제거 효율, 운전의 간편함, 경제성 측면에서 각광받는 신기술이다.
경상국립대와 일본 고베대 국제공동연구팀은 기존 멤브레인이 소수성 표면 특성으로 인해 오일 오염(파울링)에 취약해 장기 운전 시 효율 저하 및 빈번한 세정·교체가 필요한 단점을 초친수성(superhydrophilic) 및 수중 초소수성(underwater superoleophobic) 특성을 갖는 멤브레인을 개발해 극복했다.
기존 연구들은 표면 개질을 위해 복잡한 화학 처리, 특수 나노소재 도입, 고가의 장비가 필요해 대규모 적용에 한계가 있었다. 그러나, 이번 연구에서는 용매 압출만으로 막의 다공성 및 구조를 정밀 제어하고, 단순한 PVA 하이드로겔 코팅만으로도 뛰어난 친수성·소수성 특성을 부여해 공정의 단순화와 실용화를 동시에 달성할 수 있었고, 오일 제거 효율을 99.8%까지 향상시킬 수 있었다.
이 기술개발로 산업 폐수, 해양 유출유, 정유 공정 등 오일-물 혼합물의 고효율 분리와 재이용이 가능해져 환경오염 저감 및 수자원 보호에 크게 기여할 수 있게 됐다.
남상용 교수는 "이번 연구는 경상국립대가 가진 고분자의 기능화 기술과 일본 고베대가 가진 계층구조를 갖는 다공성 분리막 제조기술이라는 서로의 장점을 활용했기에 시너지가 나타난 것"이라고 설명했다.
또한 남 교수는 "이번 연구는 산업통상자원부의 해외연계 산업혁신인재성장지원사업과 교육부의 이공계 중점연구소 지원사업이 있었기에 수행할 수 있었다"며 "이를 위해 파견 기간 성실하게 연구에 매진한 나노신소재융합공학과 박사과정 권현웅 씨(GNU 지능형첨단소재개척인재인력양성 교육연구단)가 노력한 결실이다"고 말했다.
이 논문은 JCR 상위 1.2%의 세계적 학술지 '네이처 포트폴리오 저널 클린워터(npj clean water)'에 '계층구조와 자기세정 기능을 가지는 슈퍼올레오포빅 하이드로겔 복합막을 이용한 효과적인 오일/물 에멀전 분리(Effective oil-in-water emulsion separation by self-cleaning superoleophobic hydrogel membrane composite with hierarchical structure)'라는 제목으로 5월 10일 발표됐다.
한편 남상용 교수는 경상국립대 GNU 지능형첨단소재개척인재인력양성 교육연구단장, 경상국립대 그린에너지융합연구원장을 맡고 있다.
진주=강연만 기자 kk77@kukinews.com
