물속 나노플라스틱 얼음 결정으로 분리한다

△ 바이오 용매와 얼음 성장을 활용한 나노플라스틱 분리 방법을 제시함. 동결 과정에서 나노플라스틱과 바이오 용매가 얼음 결정 사이에 농축되어 입자 응집이 촉진됨. 해동 후 응집체가 바이오 용매와 함께 부상하는 현상을 이용하여 1회 동결-해동으로 손쉽게 90~95% 분리함

물을 얼렸다 녹이며 나노플라스틱을 분리한다. 고려대학교(총장서리 정순영) 화공생명공학과 안동준 교수 연구팀이 명지대학교 화공신소재공학부 정우혁 교수 연구팀과 함께 얼음 결정을 성장시켜 수중 나노플라스틱을 효과적으로 제거하는 새로운 기술을 개발했다.

수중에 존재하는 나노플라스틱은 크기가 매우 작고 안정적으로 분산돼 있어 자연적으로 가라앉지 않아 제거하기 어려운 환경오염 물질이다. 기존에는 응집제, 흡착제, 분리막 등을 활용해 걸러냈지만, 나노플라스틱의 표면 특성에 따라 분리 효율이 달라지고 추가적인 화학물질이나 분리 소재가 필요하다는 한계가 있었다.

연구팀은 얼음 결정의 성장 과정에 주목했다. 물이 얼 때 나노플라스틱 입자들과 바이오 용매는 성장하는 얼음 결정들 사이의 좁은 비동결 액체 영역으로 밀려나 국소적으로 농축된다. 이러한 공간적 구속 현상으로 나노플라스틱과 바이오 용매의 접촉이 증가하면서 나노플라스틱 입자들의 응집이 촉진된다. 분자동역학 시뮬레이션 및 실험 결과, 이렇게 형성된 마이크로미터 크기의 거대 응집체는 해동 이후에도 응집된 상태를 유지했다.

특히 식물 유래 여러 바이오 용매 중 d-리모넨(d-limonene)이 영하 환경에서 나노플라스틱의 응집을 촉진하는 데 효과적이었다. 연구팀은 표면 특성이 서로 다른 세 종류의 100 nm 크기 폴리스티렌 나노플라스틱을 대상으로 실험을 진행해, 단 한 번의 동결·해동 과정만으로 물속에 잔류하는 나노플라스틱 입자 수를 90~95% 줄이는 데 성공했다.

또한 연구팀은 나노플라스틱 입자들이 바이오 용매와 함께 뭉쳐 형성된 응집체가 물보다 낮은 밀도로 인해 수면으로 떠오르는 것을 확인했다. 이렇게 수면에 모인 응집체를 걷어내면 물속 나노플라스틱을 쉽게 분리·회수할 수 있다. 

이번 연구는 기존 화학 응집제나 고체 흡착제에 의존하지 않고 얼음 결정과 바이오 용매를 활용해 나노플라스틱을 분리하는 새로운 방법을 제시했다는 점에서 의미가 크다. 향후 실제 환경에서의 분리 성능을 검증하고 바이오 용매의 회수·재사용과 냉각 에너지 효율을 개선하면 다양한 수처리 분야에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구 성과는 화학공학 및 환경공학 분야 국제 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal’(IF=12.5, JCR Engieering, Environmental 분야 상위 4%) 온라인에 10월 14일 게재됐으며, 한국연구재단(NRF)의 지원을 받는 공학선도연구센터(ERC) 사업의 지원을 받아 수행됐다.

*논문명: Freezing-driven separation process for nanoplastics by subzero-functional biosolvent materials coupled with growing ice crystals

*DOI: 10.1016/j.cej.2026.182917

*URL: https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.182917

[연구진 사진]

△ (왼쪽부터) 고려대 화공생명공학과 안동준 교수(교신저자), 고려대 원태경 박사(교신저자 및 제1저자), 명지대 화공신소재공학부 정우혁 교수(공동 제1저자)