장민 교수 연구팀(환경공학과), 고효율 우라늄 흡착을 위한 입상형 3차원 그래핀-금속유기골격체 흡착제 제조 기술 개발

 

- Journal of Hazardous Materials (IF 12.2, 환경과학 분야 JCR Rank: 3.5%) 과학전문지 게재 -

 

  모교 환경공학과 종초은 연구교수(제1저자)와 장민 교수(교신저자, PBRC 부소장, 환경나노기술연구실(JENTL2) 소장) 연구팀은 대학중점연구소 사업을 함께하고 있는 장윤영 교수, 양재규 교수 그리고 전자바이오물리학과 최은하 교수(PBRC 소장)와 함께 수중 우라늄(U)을 고효율로 흡착 제거 가능한 소재를 개발하였다. 2022년도에 보도된 연합뉴스1에 따르면 개인이 파서 식수를 얻는 지하수 관정 중 2%에 해당하는 관정에서 방사성 물질인 우라늄이 기준치보다 높게 검출되었다. 환경부와 국립환경과학원은 개인 지하수 관정 7천36개를 조사한 결과 2.1%인 148개에서 우라늄이 기준치(1 L당 30 ㎍)를 넘겼다고 밝혔으며 이에 따른 수처리가 시급한 것으로 인식되어 왔다. 본 연구팀은 입상 3차원 GO(3D-GO)를 제조 후, 금속유기골격체(MOF)인 UiO-66을 3D-GO에 도핑, 합성하는 제조법을 개발하였다. U(VI) 흡착 등온 실험에서 10% UiO-66이 포함된 흡착제(3D-GO/U-10)가 375.5 mg/g의 매우 높은 흡착량을 보였으며, 넓은 pH 범위에서 높은 U(VI) 흡착 성능을 유지하였다. 흥미롭게도 3D-GO에 UiO-66을 도입시 UiO-66 입자가 응집되지 않고 고르게 도핑되었다. In-situ surface enhanced Raman spectra 및 밀도 함수 이론(Density functional theory) 시뮬레이션을 통해 UiO-66에서 대칭 금속이 중심에 위치한 Zr-O2가 U(VI)에 가장 높은 흡착 에너지(-3.21eV)를 갖으며, 산소 원자에서 U(VI)로의 전자 이동으로 인해 3D-GO/U-10의 Zr-O2와 U(VI) 사이에서 공유 결합이 유도되는 것을 발견하였다. U(VI)로 포화된 3D-GO/U-10은 0.1 M Na2CO3/0.01 M H2O2 용액을 사용하여 5번의 재생 동안 매우 높은 재생 효율(5번째 재생시 89.7%의 U(VI) 제거율)을 달성하였다. 연속 흐름 컬럼 실험 결과, 3D-GO/U-10은 최대 4사이클 컬럼 실험에서 ~76%의 U(VI) 제거 용량이 지속적으로 유지되었다. 본 과제에서 개발된 고효율 흡착제는 다양한 환경에서도 U(VI)을 선택적으로 흡착할 수 있어, 실 지하수 대상 우라늄을 처리할 수 있는 잠재력을 보여준다. 본 연구는 환경부(Grant 2020002470002) 및 연구재단(대학중점연구소 2021R1A6A1A03038785, 중견연구사업 2023R1A2C1003464, 그리고 창의도전연구사업 RS-2023-00240726) 연구사업으로 수행되었다. 연구결과는 과학전문지 Journal of Hazardous Materials (IF: 12.2) 2024년 7월 온라인 판에 “Fabrication of granular three-dimensional graphene oxide/UiO-66 adsorbent for high uranium adsorption: density functional theory and fixed bed column studies”의 제목으로 게재되었다.   연합뉴스 : https://www.yna.co.kr/view/AKR20220728057000530 JENTL 웹사이트 : https://www.jentl.net/ Web link : https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.135237   출처 : 광운대학교 최신연구성과 (kw.ac.kr)