- 세라믹 분리막 포집 특성과 복합오염 메커니즘 제시

반도체 공정 폐수.[AI 생성 이미지]
반도체 공정 폐수.[AI 생성 이미지]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 반도체 공장에서 나오는 폐수 처리를 위한 여과막(분리막)이 오염되는 원인을 새롭게 찾아냈다.

한국연구재단은 한경국립대학교 노호정 교수 연구팀이 실제 반도체 폐수를 대상으로 세라믹 및 고분자 분리막의 유기·무기 복합오염 특성을 비교, 소재별 서로 다른 오염물질 축적과 막오염 메커니즘이 나타나는 원리를 규명했다고 9일 밝혔다.

최근 국내 반도체 산업 생산 규모가 확대되면서 폐수 발생량이 늘어나 이를 정화해 다시 쓰는 재이용 기술의 중요성이 커지고 있다.

폐수 재이용 공정에서는 한외여과막과 역삼투막을 활용해 정화하는 방식이 사용된다. 하지만 분리막에 오염물질이 달라붙어 막히는 막오염 문제가 생기면 물이 잘 통과하지 못하고 세정 횟수와 운영 비용이 늘어나며 후단 공정도 불안정해진다.

지금까지 연구는 인공 폐수나 단일 오염물질을 대상으로 이루어져 실제 반도체 폐수의 복잡한 오염 현상을 충분히 설명하지 못했다.

연구팀은 대표적인 분리막인 알루미나 세라믹막과 폴리에테르설폰(PES) 고분자 중공사막을 실제 반도체 폐수로 48시간 동안 여과하며 오염 거동을 비교·분석했다.

노호정 한경국립대학교 교수.[한경국립대 제공]
노호정 한경국립대학교 교수.[한경국립대 제공]

여과 종료 시 세라믹막의 투과유량이 고분자막의 약 3분의 1 수준으로 나타나, 일반적으로 오염에 강한 것으로 알려진 세라믹막도 실제 반도체 폐수에서는 막 표면과 오염물질 간의 상호작용으로 더 큰 성능 저하가 발생할 수 있음을 확인했다.

연구팀은 이 과정에서 세라믹막 표면의 수산화알루미늄(Al–OH) 작용기에 철 이온이 선택적으로 달라붙은 뒤, 여기에 휴믹물질이 추가로 쌓이는 ‘소재 특이적 오염 경로’를 새롭게 규명했다.

노호정 교수는 “이번 연구는 막의 공극 크기나 친수성뿐만 아니라 폐수 성분과 막 표면 간 화학적 상호작용이 오염물질의 포집과 투과성 저하를 결정하는 핵심 요인임을 제시한 것”이라며 “향후 주요 오염물질의 선택적 전처리, 세라믹막 표면개질, 운전조건 및 세정주기 최적화로 확장함으로써 오염물질 제거와 물 생산성 사이의 균형을 확보하고, 공정 안정성 향상과 세정·막 교체 비용 절감 및 반도체 산업의 용수 순환 확대에 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노 및 소재기술개발사업 지원으로 수행된 이번 연구결과는 수처리 및 분리막 분야 국제학술지 ‘디샐러네이션(Desalination)’에 8월 19일 온라인 게재됐다.


nbgkoo@heraldcorp.com