겹꽃 모양 나노흡착제 개발.. 방사성 세슘 99%제거

[아시아경제 황준호 기자] 국내 연구진이 겹꽃 모양의 나노 구조를 가진 세슘 흡착제를 개발했다. 방사성 폐수에서 세슘을 빠르고 안전하게 걸러낼 수 있고 대량 생산도 가능한 흡착제다. 일본 후쿠시마 원전 사고와 같이 대량의 방사선 폐수나 원전 해체시 발생하는 강산성의 제염 공정 폐액을 처리할 때 사용할 수 있을 것으로 예상된다. 한국원자력연구원은 양희만 박사의 연구팀이 속은 비어있으면서 표면적이 큰 '세슘 제거용 꽃모양 티타늄-페로시아나이드 나노흡착제(Hf-TiFC)' 개발에 성공했다고 28일 밝혔다.

겹꽃모양의 흡착제 개발.. 방사성 세슘 제거에 탁월

한국원자력연구원이 방사성 세슘을 제거하는 겹꽃 모양의 티타늄-페로시아나이드 흡착제를 새로 개발했다. 흡착제를 주사전자현미경으로 관찰한 사진이다.

연구팀은 겹꽃 모양의 티타늄-페로시아나이드 나노흡착제를 개발했다. 이 흡착제는 세슘 흡착에 활용되지 않는 입자 내부는 빈 공간으로 만들고 세슘 흡착 부위는 표면적이 큰 겹꽃 모양으로 구성됐다. 이에 기존 속이 찬 미립자 형태의 금속-페로시아나이드 흡착제에 비해 흡수 속도가 1만배 빠르다. 일본 후쿠시마 원전 사고 수습에 사용된 타이타노 실리케이트에 비하면 흡수 속도가 32배 빠른 것으로 나타났다.

흡착 용량도 기존 흡착제보다 뛰어나다. 1g 당 최대 454mg의 세슘을 제거한다. 기존 금속-페로시아나이드 대비 3배, 타이타노 실리케이트 대비 1.7배 뛰어난 결과다. 흡착하는데 있어 방해가 되는 칼륨이 5000ppm 이상 들어있는 폐수에서도 세슘을 선택하는 분배계수가 타이타노 실리케이트보다 261배 높은 것으로 측정됐다. 이 흡착제는 바닷물 속에서도 세슘을 99.1% 이상 제거했다. 타이타노 실리케이트의 제거율 78.9% 정도다. 특히 이번에 개발한 세슘 흡착제는 티타늄 소재를 사용해 pH1 이하의 강산성 폐수에서도 99.8% 이상의 세슘을 제거했다. 같은 티타늄을 사용한 타이타노 실리케이트의 제거율은 81.3% 정도다.

대량생산 가능, 원전 사고시 활용 가능성 높아

방사성 세슘을 제거하는 겹꽃 모양의 티타늄-페로시아나이드 흡착제를 투과전자현미경으로 관찰한 사진.

연구팀은 원자력시설 사고시 발생하는 대량의 방사성 폐수나 원전 해체시 발생하는 강산성의 제염 공정 폐액을 처리할 때 활용 가능성이 높다고 평가했다. 현재 연구팀은 국내 특허 출원을 준비하고 있으며 미국, 일본, EU 등 해외 특허 출원에도 나선다.

양희만 박사는 "제조가 쉽고 간편해 상용화의 필수조건인 대량생산도 가능하다"며 "기존 흡착제에 비해 성능이 우수하고 적은 양으로도 대량의 방사성 폐수를 처리할 수 있어 폐액 처리 비용을 크게 줄일 수 있을 것"이라고 밝혔다.

연구결과는 9일 화학공학 분야의 세계적인 학술지인 케미컬 엔지니어링 저널에 실렸다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr