전기응집법을 이용한 미세플라스틱의 처리 및 리튬이온전지 음극활물질로의 응용 연구

초록

급격한 산업화와 기술발전에 따라 전 세계적으로 플라스틱 소재가 광범위하게 사용되고 있으며, 이로 인해 연간 2억 톤 이상의 플라스틱 폐기물이 배출됨에 따라 환경 오염 문제가 점차 심각해지고 있다. 특히, 플라스틱 폐기물은 해양으로 쉽게 유입되어 미세 플라스틱 형태로 존재하게 되며, 이러한 미세 플라스틱이 생태계에서 심각한 오염원으로 작용하고 있음이 보고되고 있다. 현재 다양한 수처리 기술 중 응집-침전-여과-소독 과정의 수처리 공정이 상용화되어 있으나, 긴 공정 처리시간, 2차 오염 물질 생성 등의 단점들이 극복해야 할 과제로 남아있다. 한편, 전기화학 반응을 이용한 전기응집법은 공정의 즉각적인 제어, 화학 약품 미사용, 높은 처리효율 등의 공정 특성으로 인해 차세대 수처리 기술로 주목을 받고 있다. 이에 본 연구에서는 기존의 문제들을 해결하고자, 철 금속의 용출을 통한 전기응집법을 이용하여 수중 분산된 미세 플라스틱을 응집하고 자성을 이용하여 단시간에 포집함으로써 미세 플라스틱을 이용가치가 높은 리튬 이온전지용 음극활물질로 전환하는 방법에 대한 연구를 수행하였다. 본 실험에서는 철 금속의 용출을 통해 전기응집법으로 형성되는 응집체의 표면구조를 확인하고 반응 전해질의 농도, 처리 플라스틱 크기 등의 변수가 전기응집에 미치는 영향을 파악하였으며, 반응 시간에 따른 응집체 물성 분석을 통해 응집체 형성 및 반응 메커니즘을 규명하였다. 또한, 처리된 응집체에 대하여 자석을 이용한 가속 침전 공정의 효율을 측정하였으며 이로 얻어진 응집체를 아르곤 또는 대기 조건에서 열처리하여 흑연 소재와 일부 혼합 후, 리튬 이온전지용 음극활물질로서 전기화학적 성능을 평가하였다.