캘리포니아 리버사이드대(UCR) 연구팀, 식수처리 및 독성 부위 개선 위해 획기적인 프로세스 개발
류 하이저우 부교수 연구팀 『Journal of Hazardous』 최근호에 논문 발표…특허 출원중
‘영원한 화학물질’로 알려진 교활한 범주의 발암성 오염물질인 과불화화합물(PFAS ; Perfluoroalkyl Sulfonate)은 결국 그렇게 영구적이지 않을 수 있다.
캘리포니아 리버사이드 대학(University of California, Riverside ; UCR)의 화학공학 및 환경과학자들은 최근 음용수에서 발견되는 이러한 유해물질을 본질적으로 무해한 더 작은 화합물로 화학적으로 분해하는 새로운 방법을 발표했다.
특허 출원 중인 이 공정은 오염된 물에 수소를 주입한 다음 고에너지의 단파장 자외선으로 물을 분사한다. 수소는 물 분자를 극성화하여 반응성을 높이는 반면, 빛은 PFAS 또는 폴리(poly-) 계열 및 퍼-플루오로알킬(per-fluoroalkyl) 물질로 알려진 오염물질을 파괴하는 화학 반응을 촉매한다.
이 원-투 펀치는 이러한 오염물질을 환경에서 매우 지속적이고 축적적으로 만드는 강한 불소(fluorine)-탄소(carbon) 화학물질 결합을 깨뜨린다. 실제로 PFAS의 분자 파괴는 다른 자외선 수처리 방법과 비교했을 때, 10%에서 거의 100%로 증가한 반면 다른 바람직하지 않은 부산물이나 불순물은 발생하지 않는다고 UCR 과학자들은 최근 『Journal of Hazardous』에 이 논문을 발표했다.
게다가 정화기술은 친환경적이다. UCR(캘리포니아 리버사이드 대학)의 화학 및 환경공학과의 부교수이자 해당 논문의 저자인 류 하이저우(Haizhou Liu)는 “상호작용 후, 수소는 물이 될 것이다. 이 기술의 장점은 매우 지속가능하다는 것”이라고 말했다.
이 논문의 공동저자인 공데 첸(Gongde Chen)은 류 하이저우 부교수 밑에서 일했던 UCR 프로젝트 과학자였다. 공데 첸은 UCR에서 박사 학위를 받았으며, 현재 산타 아나 지역 수질 관리 위원회(Santa Ana Regional Water Quality Control Board)의 엔지니어로 일하고 있다.
류 하이저우 부교수의 연구실은 미국 국립과학재단(National Science Foundation)에서 40만 달러 보조금으로 이 기술을 개발했다.
PFAS는 환경에서 무기한 지속되는 완고하게 강한 화학 결합을 가진 완전히 플루오르화된 탄소 원자를 특징으로 하는 수천 가지 화합물의 계열이다. 따라서 ‘영원한 화학물질(forever chemicals)’이라는 별명이 있다.
이 화합물은 열, 물, 지질에 저항하는 능력 때문에 1940년대부터 수천 가지 소비자 제품에 널리 사용되었다.
미국 환경보호국(EPA)에 따르면 PFAS가 함유된 제품은 △그리스에 강한 종이 포장지 및 전자 레인지 팝콘 봉지, △피자 상자 및 사탕 포장지와 같은 용기, △카펫, 실내 장식품, 의류 및 기타 직물에 사용되는 얼룩 및 방수제, △청소 제품 ,△끈적 거리지 않는 조리기구 △페인트, 바니시 및 실란트 등 포함된다.
이러한 화합물은 환경에 지속되고 축적되기 때문에 PFAS에 노출된 동물의 유제품과 육류도 이러한 화합물의 공급원이다. 사실, PFAS는 어디에나 존재하며 캘리포니아 입법 분석에 따르면 과학자들은 검사를 받은 거의 모든 사람들의 혈액에서 PFAS를 발견했다.
EPA에 따르면 연구에 따르면 특정 수준의 PFAS에 대한 노출은 전립선암, 신장암 및 고환암 위험 증가를 포함하여 많은 건강상의 악영향과 관련이 있다.
이러한 오염 물질에 노출되면 임신한 여성의 출산율 감소 또는 고혈압 증가, 어린이의 발달 영향 또는 지연, 저체중 출생 및 빠른 사춘기로 이어질 수 있다. PFAS 화합물은 또한 감염과 싸우고 호르몬 기능을 방해하는 면역 체계의 능력을 손상시키는 것으로 밝혀졌다.
이러한 건강상의 영향으로 인해 연방 및 주 공무원은 식수와 아래 지하수 또는 독성 정화 장소에서 나오는 PFAS에 대한 새로운 정화 기준을 발표하고 있다.
올 가을 EPA는 두 가지 PFAS 물질인 퍼플루오로옥탄산(perfluorooctanoic acid) 및 퍼플루오로옥탄술폰산(perfluorooctanesulfonic acid)을 ‘연방 슈퍼펀드 독성 장소 정화법(Federal Superfund toxic site cleanup laws)’에 따라 유해물질로 지정하는 계획에 대해 공개 의견을 제시했다. 이 규정이 승인되면 오염원이 오염을 청소할 책임이 있다.
캘리포니아주 수자원관리위원회(Water Resources Control Board)는 “올해 공공 식수 공급업체에 PFAS를 테스트하라”는 명령을 내렸다. 테스트가 지정된 수준을 초과하는 경우 공급자는 공고를 발행하거나 수원을 제거하거나 물을 처리 또는 혼합해야 한다.
규제 추진을 감안할 때 류 하이저우(Haizhou Liu)의 실험실 팀은 UCR의 기술 파트너십 사무국(Office of Technology Partnership)으로부터 5만 달러의 개념 증명 보조금을 지원 받아 더 많은 양의 물을 처리하기 위해 이 기술을 확장하고 있다.
이 기술은 물 분자를 흥분시키기 위해 단파장 자외선을 처리 탱크에 방출하는 것을 포함한다.
류 하이저우 부교수는 “우리는 이 기술을 광범위한 PFAS 오염원수에 다재 다능하게 만들기 위해 최적화하고 있다”라면서 “이 기술은 식수와 다양한 유형의 산업폐수에서 PFAS를 파괴하는 데 매우 유망한 결과를 보여주었다”라고 강조했다.
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