물 속 방사성 세슘 99% 완벽 제거…겹꽃모양 나노흡착제 개발

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 세계 최초로 물 속에 함유된 방사성 세슘을 제거하는 겹꽃 모양 나노구조의 새로운 세슘 흡착제를 개발했다.

한국원자력연구원은 양희만 박사팀이 속이 빈 겹꽃 모양 구조를 가진 ‘세슘 제거용 꽃모양 티타늄-페로시아나이드 나노흡착제’ 개발에 성공했다고 28일 밝혔다.

전 세계적으로 세슘만 선택적으로 제거하기 위한 다양한 흡착제 개발이 진행되고 있다. 하지만 대부분 제조과정이 복잡하고 바닷물과 같이 경쟁이온이 많거나 제염 후 만들어진 폐수처럼 강산성인 환경에서는 세슘 제거 효율이 급격히 저하되는 한계가 있다.

연구팀이 개발한 나노흡착제는 세슘 흡착 효율을 향상시키기 위해 특별한 구조로 만들어졌다. 세슘 흡착에 활용되지 않는 입자 내부는 빈 공간으로 만들어 무게를 줄이고, 입자 표면은 표면적이 큰 겹꽃 모양의 나노구조로 합성했다.

그 결과, 속이 비어 있지 않은 기존 미립자 형태의 금속-페로시아나이드에 비해 세슘 흡착 속도가 1만배 빨라졌다. 후쿠시마 사고 수습에 사용된 타이타노 실리케이트에 비하면 32배 빠른 속도를 보였다.

흡착 용량도 뛰어나다. 1g 당 최대 454mg의 세슘을 제거한다. 기존 금속-페로시아나이드 대비 3배, 타이타노 실리케이트 대비 1.7배 높다. 특히 세슘의 경쟁 이온인 칼륨이 5,000ppm 이상 들어있는 폐수에서도 세슘을 선택하는 분배계수가 타이타노 실리케이트보다 261배 높았다.

해안에 자리잡는 원전의 특성상 바닷물에서 세슘을 제거하는 능력도 탁월하다. 바닷물 속에서도 세슘을 99.1% 이상 제거하는데 성공했다. 이는 타이타노 실리케이트의 제거율 78.9% 보다 월등히 우수한 결과다.

이 기술은 원자력시설 사고시 발생하는 대량의 방사성 폐수나 원전 해체시 발생하는 강산성의 제염 공정 폐액을 처리할 때 활용 가능성이 높다.

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.

이번 연구결과는 화학공학 분야 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널’ 4월 9일자에 게재됐다.