국내 연구진, 미세·나노플라스틱 10분 만에 95% 제거 기술 개발

육안으로는 확인이 어려운 수중 미세·나노플라스틱을 자석처럼 끌어당겨 단 10분 만에 제거하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 기존 정수·하수 처리 공정으로는 걸러내기 힘들었던 초미세 플라스틱 문제를 해결할 차세대 환경 정화 기술로 주목받고 있다.

부산대학교는 12일 응용화학공학부 정성욱 교수 연구팀이 판상형 철산화물(Fe₃O₄) 자성 나노입자를 활용해 수중 미세·나노플라스틱을 95% 이상 제거할 수 있는 고효율 공정을 개발했다고 밝혔다.

이번 연구의 핵심은 기존에 주로 사용되던 구형 자성 나노입자가 아닌, 접촉 면적이 훨씬 넓은 판상형(얇은 판 모양) 나노입자를 적용했다는 점이다. 구조 자체를 바꿔 미세·나노플라스틱과의 결합 효율을 크게 높였다.

미세플라스틱은 크기 5㎜ 이하, 나노플라스틱은 1마이크로미터(㎛) 이하로 더욱 작아 눈으로 확인하기 어렵다. 이로 인해 하수처리장 필터를 쉽게 통과해 강과 바다로 확산되고, 먹이사슬을 거쳐 인체에 축적될 가능성이 크다는 우려가 제기돼 왔다. 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 기존과 다른 구조의 나노입자에 주목했다.

판상형 자성 나노입자는 면과 모서리, 두께가 서로 다른 비등방성 구조를 지녀 미세·나노플라스틱이 붙잡히듯 흡착되기 쉽다. 여기에 외부 자기장을 가하면 나노입자들이 응집되면서 내부에 작은 빈 공간, 이른바 ‘에어포켓’이 형성된다. 이 공간에 플라스틱 입자가 추가로 갇히는 ‘동적 감금(dynamic confinement)’ 현상이 발생하면서 짧은 시간 안에 높은 제거율을 구현할 수 있다는 설명이다.

연구팀은 나노입자 표면을 화학적으로 조절해 흡착 효율을 높이는 동시에, 자기장을 이용해 나노입자를 회수·재사용할 수 있는 공정도 구축했다. 일회성 처리 방식이 아니라 반복 사용이 가능해 환경 부담을 줄인 친환경 기술이라는 점도 강점으로 꼽힌다.

정성욱 교수는 “수십~수백 나노미터 크기의 초미세 플라스틱은 인체 건강을 위협하는 새로운 환경 문제지만, 기존 필터 기반 기술로는 한계가 뚜렷했다”며 “이번 기술은 짧은 시간 안에 초미세 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 현실적인 대안으로, 차세대 수처리와 환경 정화 분야에 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구에는 정유정 박사과정생과 장은혜 박사가 공동 제1저자로 참여했으며, 연구 성과는 국제 학술지 Journal of Environmental Management 온라인판(2025년 12월 24일)에 게재됐다. 연구는 한국연구재단과 산업통상자원부의 지원을 받아 수행됐다.