본연구의 연구목적으로서 현재 인으로부터 유래되는 부영양화 발생 억제와 함께 고 갈 자원인 인의 효율적인 제거와 재활용을 위해서는 현재의 기술과는 새로운 차원의 고효율 인 회수할 수 있는 기술 개발이 필요하다.

 

이와 함께, 제거된 인을 효과적으로 회수하여 인을 유효자원으로써 활용할 수 있는 연구는 미래의 자원 전쟁에 대비한 시급성을 요하는 연구과제이다. 따라서, 수계 오염으로부터 인의 부하를 획기적으로 절감하고 나아가 회수된 인을 유효 자원으로써 이용하기 위한 제거 및 회수 기술에 대한 기초 연구가 진행되어야 한다.

지금까지 인 제거를 위하여 다양한 고차처리 기술이 개발되고 있다. 이 가운데 생물 학적 혐기-호기 공정은 인제거의 일반적인 기술로 사용되고 있다. 그러나 생물학적 처리 기술은 원수의 성상에 따라 차이는 있지만 완전제거는 어려운 것으로 알려져 있 다. 또한, 생물학적으로 제거된 인은 회수 및 재생되기에는 실질적으로 많은 어려움 이 있다. 그리고 기존의 물리-화학적으로 처리된 인은 회수 및 재생하기에는 복잡한 처리공정과 많은 경제적 비용이 소요된다.

본 연구에서 이루고자하는 바는 다음과 같다. 먼저 고효율, 고선택적으로 이온교환 반응에 의하여 수중으로부터 인을 제거하고, 제거된 인을 추가 처리 없이 recycle 또는 재생할 수 소재를 개발하고자 한다. 이를 위하여 반응 매체 재질로써 무기 원소를 기본으로 한 재료가 필요하다.

 

즉, 인의 고효율, 고선택성 이온교환반응이 발생되는 인체에 무해하고 5 g/kg 이상의 이온교환특성의 무기 원소 바탕의 원소를 선정한다. 다음으로 2,000 ㎡/g 표면적 생성이 가능한 계면활성제 (surfactant micelle)를 기질로 사용하여 선정된 무기 원소를 바탕으로 한 20㎚ 범위의 균질한 mesopore를 보유한 구조체를 제조하는 방법을 개발하고자 한다.

 

이때 나노기술 (nanotechnology)을 적극적으로 활용하여 고효율의 표면 반응이 발생될 수 있도록 최대의 표면적이 확보될 수 있는 구조체를 제조하는 방법을 개발한다. 이를 통하여 수중에 존재하는 인의 90% 이상의 제거율을 달성하고 제거된 인의 90% 이상의 recycle 및 회수가 가능한 새로운 소재 구성비를 바탕으로, 나노기술을 활용한 새로운 형상의 인 회수 - 재생 소재 개발의 원천 기술을 확보한다.

전체 연구내용은 인 흡착 능력을 가진 탈인흡착제로는 알루미나계, 하이드로탈사이 트계 등이 대표적인데, 현재까지 인 제거를 위한 이온교환매체로써 가장 일반적으로 이용되어 오고 있는 탈인흡착제는 인산에 대한 흡착선택성이 매우 강한 지르코늄 페 라이트를 기본으로 하여 합성한 소재이다.

 

이들 물질들은 매우 낮은 농도까지 인을 제거할 수 있으며 흡착용량이 큰 흡착제로 알려져 있다. 탈인흡착제로써 지르코늄 페라이트 원소를 기본으로 사용하는 이유는 철 이온과 인 이온의 높은 이온교환특성이 주 이유이다. 그러나 반응 미디어의 파손이나 내구성 결여의 경우, 미디어 내에 존재 하는 철 이온이 수중으로 유출되는 잠재적인 문제로 인하여 수질에 문제를 발생할 수 있다는 우려가 높다.

 

 수 처리 분야에서는 자연산 이온교환 소재로 암모늄(NH4+) 이온 제거를 위해 사용되는 Zeolite 교환수지가 일반적으로 알려져 있다. 그러나 지금까지의 이온교환소재는 이온 교환 반응을 통하여 회수된 물질의 재생을 위해서는 NaOH와 같은 약품처리가 반드시 행해져야 한다. 이로 인해 탈리 약품의 사용으로 인한 문제로부터 자유로울 수 없는 것이 현재 기술 수준이다.

따라서 본 연구에서는 첫째 지르코늄 페라이트 원소를 기반으로 하는 기술의 범위에
서 벗어나 알루미나계, 하이르탈사이트계 원소 및 보다 범위를 넓혀 무기 원소 전체
에 가운데 오염을 유발하지 않는 무기 원소를 바탕으로 한 탈인 흡착 미디어를 개발
하고자 한다.

 

[원문 파일첨부 참조]