[쿠키과학] '영원한 화학물질' 과불화화합물 99% 제거… 부산대, 양면 분리막 개발

친수성 PDA, 소수성 PVDF 층 결합 이중저항 구조
오염물질 제거, 1.9배 농축 후속분해
처리수 PFAS 농도 극저 수준 낮춰
정수처리·산업폐수·재이용수 수처리 플랫폼 활용

승인 2026-04-07 14:54:44 수정 2026-04-07 14:56:14

Janus PDA/PVDF 분리막 기반 막증류 공정 개략도. 제조된 Janus 분리막을 적용한 직접접촉식 막증류(DCMD) 공정의 모식도이며, 친수성 PDA 층은 원수(feed, 과불화화합물 폐수) 측에, 소수성 PVDF 층은 처리수(permeate) 측에 배치된다. 이를 통해 증기 선택적 전달과 과불화화합물(PFAS)로 인한 막 젖음/오염 억제를 동시에 구현한다. 한국연구재단

분해되지 않고 축적돼 ‘영원한 화학물질’로 불리는 과불화화합물(PFAS)을 한 번에 제거하는 기술이 나왔다.

이 기술은 단쇄·장쇄 물질을 동시에 처리하면서 99% 이상 제거해 정수처리, 산업폐수, 재이용수 생산 등 다양한 수처리 분야에 적용이 기대된다.

한국연구재단은 부산대 환경공학과 정상현 교수팀이 막 증류 공정에서 단·장쇄 PFAS를 동시에 제거하고 농축하는 이중 저항 ‘야누스 PDA/PVDF 분리막’을 개발했다고 7일 밝혔다.

PFAS는 탄소와 불소의 강한 결합으로 이루어진 인공 유기 화합물로, 프라이팬 코팅, 의류방수 가공 등에 쓰이지만 자연에서 거의 분해되지 않고 인체와 생태계에 축적되는 난분해성 오염물질이다.

특히 분자 내 탄소 개수가 적은 단쇄 PFAS는 이동성이 높아 제거가 어렵고, 탄소 개수가 많은 장쇄 PFAS는 강하게 달라붙어 필터를 오염시키는 특성이 있다.

때문에 기존 수처리 기술로는 두 성질을 가진 물질을 한꺼번에 처리하는 데 한계가 있었다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 야누스 구조 분리막을 설계했다.

분리막 상부에는 친수성인 폴리도파민(PDA) 층을 쌓아 장쇄 PFAS가 달라붙지 못하게 방어하고, 하부에는 물을 밀어내는 소수성 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 층을 둬 수증기만 통과시키고 물이 스며드는 젖음 현상을 차단했다.

이 분리막을 온도 차에 의한 압력 차로 오염물질을 걸러내는 막 증류 공정에 적용하자 상반된 거동을 보이던 단·장쇄 PFAS를 동시에 제어했다.

혼합 PFAS 조건에서 PVDF 및 Janus PDA32 분리막의 MD 성능 및 막 오염 현상 비교.막별 플럭스 감소율 비교, 염 제거율 비교, 처리수(permeate) 내 PFAS 농도 및 제거율 분석과 MD 운전 이후 직접적인 막오염 감소를 통해 Janus 분리막은 안정적인 플럭스와 높은 제거 효율을 유지하며 막오염에 대한 저항성을 보여주는 것을 확인할 수 있다. 한국연구재단

성능평가 결과 이 분리막은 대표 PFAS 물질 모두에서 99% 이상의 높은 제거율을 보였다.

특히 여러 물질이 섞인 혼합 조건에서도 안정적인 투과 성능을 유지했고, 처리수 내 PFAS 농도를 1조 분의 1 ppt 수준까지 낮춰 세계적인 식수 안전기준을 통과했다.

아울러 오염물질을 걸러내는 동시에 초기 대비 최대 1.9배까지 농축해 후속 분해 공정 효율도 높였다.

연구팀은 이 기술을 향후 전기화학, 광촉매 등 후처리 기술과 결합해 ‘분리-농축-분해’ 통합공정으로 확장할 계획이다.

정상현 부산대 교수는 “이번 연구는 기존 기술로 처리가 까다로웠던 단·장쇄 PFAS 동시 제거 문제를 해결한 것”이라며 “다양한 미량 오염물질 처리에 적용가능한 범용 플랫폼 기술로 활용해 안전한 수자원을 확보하겠다”고 설명했다.

한편, 이번 연구는 부산대 변시영 박사가 제1저자로 참여했고, 연구결과는 지난달 20일 국제학술지 ‘디살리네이션(Desalination)’에 게재됐다.
(논문명: Dual resistance Janus PDA/PVDF membrane for removal and concentration of short- and long-chain perfluoroalkyl substances via membrane distillation)