서울 건국대학교 권지향 교수(사회환경공학부) 연구팀이 정수처리에서도 잘 걸러지지 않는 난분해성 유해 물질인 과불화화합물(PFAS)의 제거 원리를 규명했다. 이번 연구에는 건국대 김채현 박서과정생(환경공학과)이 제1저자로 참여했으며, 그 성과가 수자원 분야 세계적 학술지 ‘Desalination’(IF=10, JCR 상위 3%, Q1)에 게재됐다.

과불화화합물은 분해되지 않고 환경과 인체에 축적되는 특성 때문에 ‘영원한 화학 물질’로 불리며, 전 세계적으로 큰 환경 문제로 꼽힌다. 연구팀은 나노여과막(NF)을 활용해 이 물질을 얼마나 효과적으로 걸러낼 수 있는지를 실험했다. 특히 과불화화합물 가운데서도 분자 길이가 짧은 PFPeA(퍼플루오로펜탄산)와 길이가 긴 PFOA(퍼플루오로옥탄산)를 비교해 제거 효율 차이를 분석했다.

연구 결과, 수소이온농도(pH)가 높아져 물의 성질이 알칼리 쪽으로 갈수록 필터가 더 안정적으로 작동해 과불화화합물의 제거 효율이 향상됐으며, 물속에 함께 섞여 있는 다른 무기이온 성분(칼슘, 나트륨, 마그네슘 등)도 과불화화합물 간 전기적 상호작용을 매개해 제거 성능에 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다.

특히 분자가 짧은 PFPeA는 잘 걸러지지 않았지만, 분자가 긴 PFOA는 필터 막 표면과의 흡착 친화성이 높아 빠르게 안정화되는 특성을 보였다. 이러한 결과는 필터 표면의 전하와 물속 이온들이 서로 영향을 주고받으며 균형을 이루는 현상인 ‘Donnan 평형’ 여부가 나노여과막 투과 공정에서의 과불화화합물 제거 정도 차이를 만든다는 사실을 입증한 것이다.

이번 연구는 난분해성 오염 물질 처리 기술 개발에 중요한 과학적 근거를 제공하며, 향후 정수처리 공정 설계 및 환경정책 수립에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

※ 논문 바로가기: Electrostatic interactions and Donnan equilibrium explain the effects of pH and inorganic ions on the rejection of perfluorocarboxylic acid(https://doi.org/10.1016/j.desal.2025.119277)

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