[충청뉴스 이성현 기자] 충남대학교 화학과 이재범 교수가 초박형 나노와이어로 구성된 폴리에틸렌이민(PEI)을 이용해 2차원 나노 뗏목형 α-FeOOH 구조를 수열 합성함으로써 효과적인 중금속 흡착 제거제 개발의 길을 열었다.
이번 연구 결과는 환경과학분야 상위 10% 저널 ‘Science of The Total Environment’(IF: 10.754) 11월 온라인판에 게재됐다. (논문 제목: Facile one-pot synthesis of polyethyleneimine functionalized α-FeOOH nanoraft consisted of single-layer parallel-aligned ultrathin nanowires for efficient removal of Cr (VI): Synergy of reduction and adsorption)
현재 가죽, 금속 연마, 합금 등 다양한 산업 공정에 따른 중금속 오염은 커다란 환경 문제로 떠오르고 있다. 특히, 산업폐수로 배출되는 크롬(Cr(VI), Cr(III))은 심근세포 변성 및 암과 같은 질환을 유발함에 따라 폐수에서 크롬을 제거한 뒤 방류하는 것이 필수다.
이에 폐수 속 크롬을 제거하는 방법으로써 전기화학적 처리, 물리화학적 흡착, 이온 교환과 같은 화학적, 물리적 및 생물학적 제거 방법이 사용됐지만, 대부분의 Cr(VI) 처리 방법은 2차 오염, 운영 비용, 에너지 소비 및 제거 효율을 포함한 여러 단점이 있어 여전히 난제로 남아있다.
이재범 교수 연구팀은 효과적인 흡착 제거를 위해 ‘2차원 나노구조물질’의 물리적 특징에 주목했다. 2차원 나노구조 물질은 표면적이 매우 높아 본래의 물리적/화학적 특징을 증강시킬 수 있는 장점이 있다. 특히, 2차원 산화철-수산화철(FeOOH) 나노물질은 저렴하고, 환경친화적인 복합 재료로서 중금속 제거에 응용할 수 있는 유망한 재료다.
연구팀은 ‘2차원 나노구조물질’의 높은 흡착 용량과 내구성 확보를 위해 우휘 박사(중국 푸단대학) 연구팀과 함께 병렬로 정렬된 초박형 나노와이어로 구성된 폴리에틸렌이민(PEI)을 이용해 ‘2차원 나노 뗏목형 α-FeOOH 구조’를 수열 합성하는 데 성공했다.
연구팀이 합성한 ‘α-FeOOH 나노 뗏목구조’는 다공성 구조에 따른 높은 표면적 덕분에 폐수 속 크롬 이온을 선택적으로 포획하는 효율적인 능력을 갖추고 있다. 또, 크롬 흡착을 최적화하기 위해 2D 나노구조체의 촉매 특성이 높은 특정 결정면을 임의로 노출시켜 크롬 제거 능력을 한층 더 높혔다. 연구팀의 연구 결과, 최대 흡착 용량은 67.1 mg/g, 5번째 주기에서도 83.9 %라는 높은 제거 효율을 유지했다.
