[데일리비즈온 김소윤 기자] 항생제 사용률이 높은 우리나라는 항생제 다제내성균(슈퍼박테리아) 출현 가능성이 높은 로 분류돼 있다. 환경부에 따르면 축산폐수처리장이나 하수처리장, 일반 강물에서도 항생제 성분이 검출될 정도다. 이 가운데 국내 연구진이 페트병을 활용해 물속 독성 물질을 제거하는 흡착 소재를 개발했다.

◇ 버려진 페트병, 항생물질 흡착 소재로 재활용

최근 한국과학기술연구원(KIST)은 이 대학 물자원순환연구센터 정경원 선임연구원, 최재우 책임연구원팀이 물 속 항생물질 유출 시에 발생하는 환경독성 및 항생 내성균의 문제를 해결하기 위해 버려지는 페트병을 활용한 고효율 흡착소재를 개발했다고 밝혔다.

물속 항생물질을 효과적으로 제거하기 위한 방법으로 금속-유기 구조체(metal-organic framework, MOF)를 열분해공정을 통해 합성한 다공성 탄소복합소재가 주목받지만 이는 대량 생산이 어렵다. MOF 합성을 위해 고가의 유기 리간드(organic ligand)를 사용하기 때문이다.

연구진은 수거된 페트병에 주목했다. 우리 실생활에서 사용되는 페트병은 테레프탈산과 에틸렌 글리콜을 중합하여 만든 고분자 물질이다. 테레프탈산은 금속-유기구조체(MOF) 합성을 위한 유기 리간드로 사용하는 물질이다.

버려지는 페트병으로부터 고순도의 유기 리간드를 추출한 연구진은 이를 이용한 고효율 흡착 소재 합성에 성공해 환경적·경제적 측면에서 유리한 항생물질 제거 방법을 찾았다. 이번 흡착소재 개발은 중화반응을 통해 고순도의 테레프탈산을 쉽게 얻을 수 있는 알칼리 가수분해 공정이 도입됐다.

◇ 추출된 테레프탈산 활용, 탄소복합소재 개발

가수분해 효율을 극대화시키기 위해 초음파와 상간 이동 촉매 공정을 결합했다. 연구진은 최적 설계를 통한 공정으로 고순도 테레프탈산을 100% 추출하는데 성공했다. 추출된 테레프탈산을 이용하여 다공성 탄소복합소재를 개발했다. 이때 철(Fe)기반의 금속-유기구조체를 전구체로 사용하여 소재에 자성을 부여함으로써 흡착공정 후 외부 자기장을 통해 쉽게 분리할 수 있는 장점을 가진 환경 소재를 개발했다.

연구진은 세균 감염치료를 위한 항생물질인 ‘테트라사이클린’에 대한 물속 흡착효율을 검증했다. 이 결과 일반적인 환경 수 조건(pH 6)에서도 약 90분 동안 100% 제거했다. 흡착-탈착 공정을 5회 반복해도 초기 성능과 비슷한 흡착성능을 보이며 안정성과 폭넓은 수처리 적용 가능성을 나타냈다.

연구를 진행한 정경원 박사는 “폐 플라스틱을 이용하여 환경오염을 방지하고, 고효율 흡착성능과 재사용에도 성능을 유지함으로서 폭 넓은 수처리 적용이 가능할 것으로 기대한다”고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 KIST 주요사업과 산업통상자원부 산업 핵심 기술 개발사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘Composites Part B : Engineering’ 최신호에 게재됐다.