장민 교수 연구팀(환경공학과), 수중 망간 제거를 위한 고효율 재료 개발

- Journal of Hazardous Materials (JCR IF: 10.588, JCR Ranking: 3.64%) 과학전문지 게재 -

<환경공학과 종초은 연구교수, 장민 교수, 장석범 석박통합 과정>

본교 장민 교수 연구팀(환경공학과)의 장석범 석박통합 과정(제1저자)과 종초은 연구교수(공동교신저자)는 수중 망간을 효과적으로 제거하는 폴리우레탄에 수산화 마그네슘을 담지 한 매질(Flower like Magnesium Hydroxide coated Polyurethane 이하 FMHP)을 개발했다. 그 결과는 환경분야 과학전문지 Journal of Hazardous Materials(IF: 10.588, JCR 상위 3.64%)에 출간되었다.

망간은 지각에서 12번째로 풍부한 원소로 주로 광석의 형태로 존재하며 최근 채광과 같은 인위적인 활동에 의해 지하수를 오염시키는 현상이 크게 늘고 있다. 망간이 장기간 혹은 고농도에 노출될 경우 만성 망간 중독과 파킨슨병과 같은 신경학적 손상을 유발할 수 있다.

기존 수처리기술 중 가장 널리 사용되고 있는 흡착은 망간의 낮은 선택성과 일부 이온화된 망간이 잔류하는 등 한계가 존재한다. 또한 널리 사용되고 있는 기술 중 산화를 통한 망간의 제거는 많은 양의 슬러지(침전물)가 생성되고 이에 따른 후처리 비용으로 인한 단점이 존재한다. 따라서 망간의 처리를 위한 실용적이고 간단하며 높은 처리효율을 지닌 기술의 개발이 불가피한 시점이다.

수산화 마그네슘은 열수합성 공정을 거칠 경우 판형의 수산화 마그네슘이 자체적인 응집현상과 정전기적 반발로 인해 표면적이 극대화 된 꽃 모양의 3차원 구조체를 형성하여 관련 연구가 활발하게 이루어져 왔다. 특히나 폴리우레탄 표면에 수산화 마그네슘을 담지하여 중금속을 제거하는 연구를 지속적으로 진행해 왔다.

장민 교수 연구팀은 폴리우레탄 표면에 수산화 마그네슘을 담지 함으로써 단순 용존 망간의 흡착이 아닌 흡착된 망간이 산화되어 산화 망간층을 형성하고 해당 산화 망간층이 자체적인 망간산화제 역할을 하여 추가적인 망간 제거가 가능함을 확인하였다. 본 연구에서는 수산화 마그네슘과 용존 망간 사이의 반응과 형성된 산화 망간층이 망간 제거능력에 미치는 영향을 규명하였고 용액의 pH와 이온강도에 상관없이 351.1 mg g-1의 뛰어난 망간 제거능력과 안정성을 보임을 확인하였다.

이번 연구 결과를 통해 수산화 마그네슘이 담지 된 폴리우레탄으로 용존 망간을 처리할 시 오염수 1톤당 $0.062만의 비용이 소모되어 매우 경제적이고 효과적임을 증명하였으며, 대규모 수처리분야에 적용 시 망간 오염 지하수의 정화로 국민 건강 증진에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

한편, 본 연구는 한국연구재단과 한국과학기술연구원의 지원으로 수행되었고, 연구 결과는 과학전문지인 Journal of Hazardous materials (IF: 10.588) 2021년 9월 20일자로 온라인에 게재되었다. (논문명: In-situ growth of manganese oxide on self-assembled 3D-magnesium hydroxide coated on polyurethane: Catalytic oxidation mechanism and application for Mn(II) removal)

■ Web link: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.127267

[수산화 마그네슘 담지 폴리우레탄 제조 및 성상과 해당 물질에 의한 망간 제거 및 망간 제거물질 원위치 형성 메커니즘]