광운대 장민 교수팀, 지하수 질산염 탈질 위한 소수성 나노 소재 개발

(왼쪽부터) Choong Choe Earn 연구교수, 윤소연 석박 통합 과정, Kien Tiek Wong 박사후 연구원, 최은하 교수, 장민 교수

광운대학교는 최근 환경공학과 장민 교수 연구팀이 수중 질산염의 완벽한 탈질을 위한 황 담지 영가철(S-nZVI)을 개발, 질산염 제거 기작을 규명했다고 23일 밝혔다.

전 세계의 지하수원은 농업과 산업 활동으로 인해 질산염인 NO3-로 오염됐으며, 이는 인간과 수생 생태계에 잠재적인 위협이 된다.

질산염 지하수 처리 기술 중 하나인 는 강력한 환원 능력과 무독성, 낮은 생산 비용으로 오염 지하수의 현장 및 외부 처리를 위한 촉매 환원 물질로 활용될 수 있다. 하지만 피복(passivation) 현상으로 nZVI 표면에 산화철(옥시수소) 층이 형성되면 대상 오염 물질에 대한 nZVI의 반응성이 크게 저감된다.

장 교수팀은 두 단계 환원 공정을 통해 황 담지 영가철을 제조, 일반적인 지하수 환경인 무산소 조건에서 질산염 환원에 적용하는 실험을 수행했다. 그 결과 영가철보다 질소 가스(N2)로의 질산염 환원에 탁월한 선택성을 보이는 것을 확인할 수 있었다. 아울러 독성 부산물인 NO2-와 NH4+의 형성이 nZVI의 황 원자에 의해 현저히 억제됐고, 질산염 환원 동역학은 촉매의 소수성 특성과 강한 선형 상관관계를 나타냈다.

nZVI는 120여 일이 넘는 상향류 컬럼 실험과 대규모 현장 지하수 주입 시험에서도 높은 질산염 제거 성능을 보여줬다.

한편 이번 연구결과는 지난달 26일자 과학전문지(Chemical Engineering Journal) 온라인 판에 'Hydrophobic sulfur core-shell layered metallic iron for nitrate reduction with nearly 100% dinitrogen selectivity: Mechanism and field studies'라는 제목으로 게재됐다.