커뮤니티
부경투데이
- 국립 부경대학교의 다양한 모습과 소식을 접하시면 부경대학교가 한번 더 가까워집니다.
| ‘영원한 화학물질’ 처리 신기술 개발(Innovative Solution for the Degradation of Persistent ‘Forever Chemicals’) | |||
| 작성자 | 대외홍보센터 | 작성일 | 2025-10-13 |
| 조회수 | 394 | ||
| ‘영원한 화학물질’ 처리 신기술 개발(Innovative Solution for the Degradation of Persistent ‘Forever Chemicals’) | |||||
 |
대외홍보센터 |  |
2025-10-13 |  |
394 |
국립부경대, 암 유발 ‘영원한 화학물질’ PFAS 흡착·분해 기술 개발
- 김건한 교수 연구팀 … 초고속 흡착 및 재생·반복 사용도 가능
- 친환경 흡착제로 물 환경 산업 활용 기대 … <Advanced Materials> 게재
△ 질산염이 삽입된 구리 알리미늄 이중층상수산화물을 이용한 PFAS 제거 및 무기화 과정(CTR 공정) 모식도.
국립부경대학교 김건한 교수(재료공학전공) 연구팀이 물 환경을 위협하는 유기 오염물질인 과불화화합물(PFAS)을 물속에서 빠르게 흡착·분해하고, 재생해 반복 사용할 수도 있는 기술을 개발했다.
PFAS는 프라이팬 코팅이나 방수 처리, 반도체 공정 등에 널리 쓰이지만, 소수성과 난분해성 특성으로 토양과 수계에 잔류하며 인체에 암이나 간 손상, 생식 독성을 유발해 ‘영원한 화학물질(forever chemicals)’로 불린다.
현재 토양과 수계에 잔류하는 PFAS를 제거하기 위한 활성탄, 이온교환수지 등은 낮은 흡착 용량과 느린 반응속도, 2차 폐기물 발생 등 한계가 있었다.
김건한 교수 연구팀은 질산염이 삽입된 구리-알루미늄 이중수산화물(Cu2Al-NO3 LDH)을 고결정성으로 합성해 이러한 한계를 극복했다. 이렇게 개발한 소재는 Al-Al 결함(basal-plane disorder) 현상으로 뛰어난 음이온 교환 속도를 보였다.
이 소재의 흡착제로 실험한 결과, 대표적인 PFAS 오염물질인 퍼플루오로옥타노익에시드(PFOA)의 최대 흡착 용량은 1702mg/g, 반응속도 상수는 13.2 h-1로, 기존 활성탄 대비 약 10배 이상 빠른 성능을 보였다. 소재 비용도 기존보다 저렴했다.
특히 연구팀은 PFOA로 가득 찬 흡착제를 500℃에서 탄산칼슘(CaCO3)과 함께 열처리하면 흡착된 PFOA의 약 54%가 무독성 불화칼슘(CaF2)으로 전환되며, 이후 ‘메모리 효과’를 통해 구조가 다시 복원돼 반복 사용이 가능하다는 것을 입증했다. 연구팀은 이를 ‘초고속 흡착-열분해-재생(CTR, Capture？Thermal destruction-Regeneration) 공정’으로 명명하고, 지속 가능한 수처리 핵심 기술로 제시했다.
연속 고정상 칼럼 실험에서도 공탑체류시간(EBCT) 7.5분 조건에서 720mg/g의 처리 성능을 달성하고, 실제 정수장과 하수처리장의 유입수·방류수 조건에서도 안정적인 성능을 보여 현장 적용 가능성을 확인했다. 특히 다양한 혼합 조건에서도 PFAS의 사슬 길이에 따라 선택적 흡착이 가능한 것으로 나타나, 단일 종뿐만 아니라 복합 오염원 제거에도 효과적일 것으로 기대된다.
김건한 교수는 “이번 기술은 고비용의 활성탄과 이온교환수지를 대체할 수 있는 저비용·고효율·재생 가능 특성을 갖춘 PFAS 정화 플랫폼으로, 기존에 해결되지 않던 환경문제에 새로운 해법을 제시한 성과”라며, “향후 지속 가능한 물 관리와 인류 건강 보호 및 관련 산업에 크게 기여할 것으로 기대한다”라고 말했다.
이번 연구는 제1저자 및 교신저자인 김건한 교수를 비롯해 라이스대학교 정영균 박사후연구원(공동 제1저자)과 Michael S. Wong 교수 연구팀, 한국과학기술원 강석태 교수 연구팀이 핵심적으로 참여했고, 옥스퍼드대학교, 버클리국립연구소, 네바다대학 등 국제 공동 연구진이 참여했다.
연구 결과를 담은 논문 ‘Regenerable Water Remediation Platform for Ultrafast Capture and Mineralization of Per and Polyfluoroalkyl Substances’는 재료과학 분야 세계적 권위지 <Advanced Materials>(IF 26.8)’에 9월 25일 온라인 게재됐다.
한편, 이번 연구는 교육부와 한국연구재단의 기본연구사업과 과학기술정보통신부 국가 과학난제도전 융합연구개발사업의 과학난제 도전형 연구사업 및 세종과학펠로우십의 지원을 받았다. <부경투데이>
Pukyong National University, Develops Eco-Friendly Technology to Adsorb and Degrade Carcinogenic ‘Forever Chemicals’ (PFAS)
-Professor Kim Geon-Han’s research team achieves ultra-fast adsorption with regenerable, reusable materials
-Eco-friendly solution expected to transform water treatment industry … Published in <Advanced Materials>
A research team led by Professor Kim Geon-Han (Department of Materials Science and Engineering) at Pukyong National University has developed a new technology that can rapidly adsorb and decompose perfluoroalkyl substances (PFAS) in water, with the added benefit of being reusable through regeneration.
PFAS, commonly used in non-stick cookware coatings, waterproof treatments, and semiconductor processing, are known as “forever chemicals” due to their hydrophobic and non-degradable properties. These substances persist in soil and water systems and are linked to serious health issues such as cancer, liver damage, and reproductive toxicity.
Conventional methods to remove PFAS, including activated carbon and ion-exchange resins, have limitations such as low adsorption capacity, slow reaction rates, and the generation of secondary waste.
To overcome these challenges, Professor Kim Geon-Han’s team synthesized a highly crystalline copper-aluminum layered double hydroxide (Cu₂Al？NO₃ LDH) with inserted nitrate ions. This new material demonstrated excellent anion exchange kinetics due to basal-plane disorder caused by Al？Al defects.
When used as an adsorbent in experiments, the material achieved a maximum adsorption capacity of 1,702 mg/g and a reaction rate constant of 13.2 h？¹ for perfluorooctanoic acid (PFOA)―a common PFAS pollutant―exhibiting a performance over ten times faster than conventional activated carbon, while also being more cost-effective.
In particular, the research team demonstrated that when the PFAS-saturated adsorbent was thermally treated at 500°C with calcium carbonate (CaCO₃), approximately 54% of the adsorbed perfluorooctanoic acid (PFOA) was converted into non-toxic calcium fluoride (CaF₂). Moreover, the material’s structure could be restored through a “memory effect,” allowing it to be reused. The team named this the “Capture？Thermal destruction？Regeneration (CTR)” process and proposed it as a core technology for sustainable water treatment.
In continuous fixed-bed column experiments, the new material achieved a treatment capacity of 720 mg/g under an empty bed contact time (EBCT) of 7.5 minutes. It also showed stable performance under real-world conditions, such as influent and effluent water from water purification and sewage treatment plants, confirming its practical applicability. Notably, the adsorbent exhibited selective adsorption based on PFAS chain lengths even under mixed contaminant conditions, suggesting its effectiveness in removing not only single pollutants but also complex mixtures.
Professor Kim Geon-Han stated, “This technology is a PFAS purification platform with low cost, high efficiency, and reusability―an alternative to expensive activated carbon and ion-exchange resins. It offers a new solution to long-standing environmental issues.“ He added, “We expect this achievement to make significant contributions to sustainable water management, public health, and related industries.”
This research was led by Professor Kim Geon-han as both the first and corresponding author, and jointly conducted with Dr. Jeong Young-kyun (Rice University, co？first author), Professor Michael S. Wong’s team (Rice University), Professor Kang Seok-tae’s team (KAIST), as well as international collaborators from the University of Oxford, Lawrence Berkeley National Laboratory, and the University of Nevada.
The research findings were published online on September 25 in the world-renowned journal <Advanced Materials> (IF 26.8), under the title “Regenerable Water Remediation Platform for Ultrafast Capture and Mineralization of Per- and Polyfluoroalkyl Substances.”
This work was supported by the Basic Research Program of the Ministry of Education and the National Research Foundation of Korea (NRF), as well as the Challengeable Future Problem-Solving Research Program and the Sejong Science Fellowship under the Convergence R&D Program for National Strategic Challenges funded by the Ministry of Science and ICT. <Pukyong Today>