산림청 국립산림과학원(원장 전범권)은 나무로부터 얻은 나노셀룰로오스(cellulose nanocrystal, CNC)를 이용하여 유해 중금속인 ‘6가 크롬(CrVI)※’을 더 많이 흡착할 수 있는 고성능 흡착소재를 개발했다고 밝혔다.

기존에 알려진 흡착소재는 다공성 실리카 기반 흡착소재으로 이번에 개발된 나노셀룰로오스 기반 흡착제는 이보다 최대 4배 더 많은 6가 크롬을 제거하는 것으로 나타났다. 

※ 6가 크롬은 주로 산업공정에서 발생하며 인체에 노출될 경우 세포막을 즉각적으로 관통하여 간, 신장, 비장 등에 축적되고 장기 노출 시 호흡계 암 등을 유발하는 독성물질로 알려져 있다. 

국립산림과학원 연구팀은 크롬에 대한 흡착성능이 우수한 고분자(poly acryloyl hydrazide)를 나노셀룰로오스 표면에 접합(polymer grafting)시키고, 부착된 고분자의 길이를 조절하는 방법을 통해 크롬 흡착 효율을 획기적으로 높였다. 

나노셀룰로오스 표면에 아민 기능기를 가진 흡착 물질을 부착시키면 6가 크롬을 환원시키거나 음전하를 띄는 6가 크롬을 정전기적 끌림(electrostatic attraction)에 의해 흡착된다. 

이러한 원리로 흡착제는 6가 크롬을 제거하게 되는데, 이번에 개발된 나노셀룰로오스 흡착제는 다른 기능성 물질을 쉽게 접합시킬 수 있고 타 천연소재에 비해 비표면적(부피당 표면적)이 넓은 장점이 있다. 또한, 재활용성도 높아 산업화 가능성도 높다. 

시장조사 전문업체인 글로벌 워터 마켓(Global Water Market)은 올해 세계 수처리 시장 규모가 무려 940조 원에 달할 것으로 전망하고 있다. 지속적으로 성장하고 있는 대규모 수처리 산업 분야에 친환경 나노셀룰로오스 기반 흡착제가 도입되면 상당한 환경적·경제적 이득이 예상된다. 

목재화학연구과 권재경 박사는 “갈수록 산단하천에 대한 중금속 모니터링과 오염물질 배출 감시체계가 강화되고 있다”며 “이번 연구결과는 중금속 사용, 배출 및 정화와 관련한 산업 전반에 다양한 방식으로 활용될 것으로 기대하고 있다”고 말했다.

국립산림과학원과 고려대학교 이정현 교수팀과의 공동 연구로 진행된 이번 결과는 세계 환경과학 분야의 Top 10 저널인 ‘Journal of hazardous materials’(IF 7.65) 최신호에 게재되었다.