- 원자력연, 자성 복합체 활용해 점토와 세슘만 선택적으로 제거하는  토양정화 기술 개발 - 

□ 원자력 사고나 해체한 원자력시설에서는 방사성 오염토양이 생기기 마련인데, 아직까지 고농도의 대용량 방사성 오염토양을 경제적으로 처리할 수 있는 상용기술은 없다.

□ 전 세계적으로 다양한 방법들을 적용한 활발한 연구가 이뤄지는 가운데, 한국원자력연구원(원장 박원석)은 해체기술연구부 김일국 박사 연구팀이 세슘과 강하게 결합된 점토(지름이 0.002mm 이하인 미세한 흙입자)를 자성을 이용해 선택적으로 분리하고, 점토 분리 후 남은 오염토양에서 잔여세슘을 효과적으로 떼어내는 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

ㅇ 연구는 과학기술정보통신부 원자력기술개발사업의 지원을 받았다. 관련 2건의 국내 특허 등록을 지난달 마쳤으며, 미국과 일본에서도 특허 등록 심사 중에 있다. 

(사진1) 자성 분리장치를 이용해 오염토양 정화 실험을 진행한다

□ 방사성 세슘은 물리․화학적 특성 때문에 오염토양 중 점토에 강하게 흡착한다. 이 때문에 토양 중 10~30%를 차지하는 점토를 우선 선택적으로 분리하는 기술이 필요하다.

ㅇ 연구팀은 표면이 마이너스 전하를 띠는 점토의 일반적 특성을 이용했다. 플러스 전하를 띤 자성나노입자를 제조해 정전기적 인력으로 토양 내 점토 입자와의 선택적 결합을 유도했다. 이 과정에서 자성을 부여받은 점토 입자는 외부 자석을 통해 추가적인 에너지 없이 쉽게 분리가 가능하다. 자기력만을 이용해 분리하고, 분리에 이용하는 용액은 계속 재사용이 가능하기 때문에 별도의 폐액처리가 필요하지 않아 경제성이 우수하다.

ㅇ 자석으로 점토를 분리하는 과정에서 간단한 메쉬필터를 결합함으로써 분리의 선택성을 더욱 높일 수 있었다. 여기까지의 과정만으로 이미 약 90% 제염효과를 확인했다.

□ 점토 분리 후 잔류 오염토양은 국내의 엄격한 기준을 만족하기 위해 추가 제염과정이 필요할 수 있다. 연구팀은 이를 위해 남은 토양을 페로시아나이드(세슘 제거용 입자)가 결합된 자성 흡착제를 투입해 세척했다. 세척 실험 결과 세슘이 약 95% 이상 제거되는 것을 확인했다. 

ㅇ 결과적으로, 방사성 오염토양 중 점토를 자성분리하고 자성 흡착제를 이용한 세척까지 진행함으로써 약 97%의 방사성 세슘을 선택적으로 제거하는 데 성공했다. 

ㅇ 연구결과는 국제학술지인 ‘케미칼 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal, I.F.:10.652, JCR 화학공학분야 상위 3%) 온라인판에 지난달 말 게재됐다.

(사진2) 제조된 플러스 전하의 자성나노물질 (좌측부터 윤인호 책임연구원, 김일국 선임연구원) 및 자성 흡착제 (김준현 박사과정 학생)

□ 이번에 개발한 토양정화 기술은 방사성 오염토양 뿐 아니라 중금속, 유류 등 일반 환경오염 토양에도 적용이 가능할 것으로 기대하고 있다. 연구팀은 상용화를 목표로 연구를 보완해나갈 계획이다. 

(이미지) 자성 분리기술을 이용해 방사성 오염토양으로부터 세슘을 선택적으로 제거하는 모식도

□ 연구를 주도한 연구원 김일국 박사는 “이번에 개발한 토양정화 방법은 저에너지의 자성분리 기술을 접목해 상용화에 매우 유리하기 때문에 향후 원자력시설 해체 시 발생가능한 대량의 방사성 오염토양을 처리하는 데 직접 활용 가능할 것으로 기대한다.”고 밝혔다.