국내 연구진이 지하수나 바닷물 또는 사용한 핵연료 재처리 과정에서 얻어지는 방사성 폐수에 존재하는 방사성 세슘을 농도에 상관없이 효과적으로 흡착하는 물질을 개발했다.

미래창조과학부는 서강대 화학과 윤경병 교수(사진) 주도로 슈보다타 연구교수, 문원경 박사과정 연구원, 최도영 석사과정 연구원, 나노물질연구소 황인철 교수 등이 기존 흡착제보다 40배 이상 흡착 성능이 뛰어난 세슘 흡착제를 개발했다고 16일 밝혔다.

세슘(Cs)의 동위원소인 ‘세슘-137’은 반감기가 30년으로 핵 분열시 인체에 극히 해로운 방사선을 발생시키는 방사성 동위원소다. 방서성 세슘인 ‘세슘-137’이 지하수, 바닷물 등 자연계로 흘러들어 가면 동식물에 의해 쉽게 흡수될 수 있어 사람에게 치명적인 해를 끼칠 수 있다.

이러한 방사성 세슘을 제거하기 위해 지금까지는 티타늄과 실리콘 산화물인 타이타노실리케이트가 사용되고 있지만, 타이타노실리케이트는 방사성 세슘의 농도가 1ppm이하로 낮아지면 흡착능력이 떨어진다는 단점이 있었다.

연구팀은 기존 타이타노실리케이트 흡착제보다 40배 이상 흡착 성능이 뛰어난 신규물질 바나도실리케이트 SGU-45를 개발했다. 바나도실리케이트(SGU-45)는 바나듐과 실리콘을 주 원소로 하는 다공성 물질로서 Sogang University-45란 의미의 SGU-45라 명명된 물질로 세슘의 농도가 낮을수록 더욱 세슘에 대한 흡착력이 높아지고 나트륨 같은 경쟁이온들이 다량 존재하는 경우에도 세슘만을 선택적으로 흡착할 수 있다.

이러한 흡착력의 비밀은 오염수 속의 방사성 세슘이 이 물질 내부의 칼륨 이온과 이온 교환하면서 이 물질의 내부로 이동하는 데 있다. 더불어 흡착속도도 기존 타이타노실리케이트보다 두 배 이상 빠른 것이 장점이다.

이 기술은 국내 특허 출원 중이고, 기술이전을 통한 대량생산을 계획 중이다.

윤 교수는 “이번에 개발된 고효율 흡착물질로 핵연료 재처리 과정에서 발생하는 방사성 세슘과 원전 사고로부터 누출되는 방사성 세슘을 농축해 안전하게 폐기하는데 기여할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

한편 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 중견연구자지원사업(도약)의 지원을 받아 수행됐고 연구결과는 화학분야 국제학술지 앙게반테 케미지(Angewandte Chemie International Edition) 5월22일자 온라인판에 게재됐다. 더불어 이번 연구 논문은 이 학술지에 게재되는 논문 중 상위 5% 이내의 중요도를 갖는 VIP(Very Important Paper) 논문으로도 선정됐다.

▲ SGU-45 구조.