“태양광만으로 오염수 정화” 휘어지고 비틀려도 끄떡없는 휴대형 물 정화 장치 개발

△ 유연형 광촉매 마이크로리액터의 개략도

어디서든 별도의 화학약품 없이 오직 태양광만으로 오염된 물을 빠르게 정화할 수 있게 됐다. 고려대학교(총장 김동원) 기계공학부 김혜정 교수 연구팀이 태양광을 이용해 물속 오염물질을 효과적으로 제거하는 지속가능한 차세대 유연형 마이크로리액터 기술을 개발했다. 

*마이크로리액터: 머리카락 굵기 수준의 미세한 관 안에서 물질을 연속적으로 흐르게 하여 화학 반응을 유도하는 소형 장치로, 표면적이 넓어 반응 속도가 빠르고 효율이 극대화되는 장점이 있다

최근 물 부족과 수질 오염 문제가 심화되면서 화학약품 대신 자연 에너지를 활용해 물을 정화하는 친환경 수처리 기술이 주목받고 있다. 그중에서도 빛 에너지를 이용해 물속 오염물질을 분해하는 광촉매 기반 수처리 기술이 대표적이지만, 기존 장치가 대부분 딱딱한 구조로 제작돼 곡면이나 야외 현장 환경에 적용하기 어려웠다. 또 오염수가 정수 촉매 표면에 충분히 접촉하지 못하는 경우가 많아 정화 효율을 높이는 데도 한계가 있었다. 

연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 태양광 기반으로 작동하는 유연형 광촉매 마이크로리액터 플랫폼을 개발했다. 이 장치는 별도의 화학약품 없이 빛 에너지를 이용해 오염물질을 분해하며, 유연한 구조로 다양한 환경에서도 안정적으로 사용할 수 있도록 설계됐다.

특히 장치 내부에 3차원 격자 구조를 도입해 수처리 성능을 높였다. 물의 흐름을 효과적으로 섞어 오염물질이 광촉매 표면에 더 자주 접촉하도록 제작했고, 그 결과 연속적으로 오염수를 흘려보내는 조건에서 최대 99.4%의 오염물질 제거 효율을 달성했다. 이는 수처리 성능을 높이기 위해서는 촉매 표면적뿐 아니라, 장치 내부에서 물이 어떻게 흐르고 섞이는지를 설계하는 것이 중요함을 보여준다.

휘어지거나 비틀리는 조건에서도 구조적 안정성을 유지하는 것이 특징이다. 연구팀이 개발한 마이크로리액터는 마치 종이를 접듯 완전히 구기거나 돌돌 말 수 있는 약 1mm 수준의 작은 곡률 반경에서도 파손 없이 변형이 가능했다. 

나아가 연구팀은 장치를 현장에서 활용할 수 있는 수준으로 대면적화(가로 8cm, 세로 16cm 크기)하고, 야외 햇빛 조건에서 성능을 검증한 결과 96.9%의 높은 오염물질 제거 효율을 달성했다.

소형 펌프와 배터리를 결합한 휴대형 순환 시스템도 구현했다. 이 시스템은 장시간 순환 구동 조건에서도 안정적인 정화 성능을 유지했으며, 이는 전원과 설비가 제한된 야외 환경에서도 운용 가능한 휴대형 수처리 장치로의 적용성을 보여준다.

김혜정 교수는 “장치가 휘어지거나 비틀리는 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있어, 향후 별도의 화학약품 사용을 줄이면서 현장에서 쉽게 운용할 수 있는 휴대형 정수 장치, 곡면 부착형 수처리 시스템, 지속가능한 환경 정화 기술로 확장될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

본 연구 성과는 화학공학 및 환경공학 분야 국제적 권위 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal(IF=13.2, JCR 상위 3.0%)’ 온라인에 4월 30일 게재됐다.

*논문명: Flexible microreactors integrating lattice micromixers for water purification

*DOI: doi.org/10.1016/j.cej.2026.176861

*URL: https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.176861

본 연구는 한국연구재단(NRF) 중견연구 및 한국기초과학지원연구원(KBSI) 지원을 받아 수행됐다.
 

[연구진 사진]

△ (왼쪽부터) 고려대 기계공학부 김혜정 교수(교신저자), 고려대 반영민 석박통합과정(제1저자)