전기응집법을 이용한 수중 미세 플라스틱의 처리 및 처리폐기물의 리튬 이온 전지로의 응용에 관한 연구

초록

매년 사용량이 급격히 증가하고 있는 플라스틱으로 인해 수많은 양의 미세 플라스틱이 해양으로 유입되고 있으며, 오염원으로서의 미세 플라스틱이 생태계에 미치는 위험성에 관해서 많은 연구가 보고되고 있다. 이에 대하여 열분해, 촉매분해, 미생물 분해 등의 방법으로 미세 플라스틱을 제거하는 방법들이 제시되고 있으나, 고가의 처리 비용, 2차 오염 물질의 생성 등의 단점은 해결해야 할 문제로 남아있다. 이러한 문제를 극복하고자, 본 연구에서는 철 금속의 전기응집법을 이용하여 수중 분산된 미세 플라스틱을 응집하고 제거하는 연구를 수행하였다. 철 금속의 전기응집법으로 형성되는 응집체는 미세 플라스틱 입자 표면에 나노 단위의 철산화물이 붙어있는 구조이며, 플라스틱 입자 간의 전기적 반발력이 완화되어 거대한 응집체를 이루고 중력에 의해 수면 아래로 가라앉음을 확인하였다. 응집체 표면에 붙어있는 철산화물의 상은 마그네타이트 상으로, 자석을 이용하면 매우 짧은 시간 이내에 응집체와 용액을 서로 물리적으로 분리할 수 있음을 확인하였다. 전기응집법의 미세 플라스틱 제거 효율을 측정하기 위해 반응 전·후의 질량을 추적하였으며, 높은 전류밀도-짧은 시간, 낮은 전류밀도-긴 시간 조건 사이에 나타나는 응집체의 변화는 주사전자현미경(SEM)과 X선 회절 분석기(XRD), X선 광전자 분광기(XPS)를 통하여 관찰하였다. 또한, 응집체를 음극재 활물질로 응용하여 리튬 이온 전지의 제조 및 충·방전 싸이클 테스트를 진행하였고 전기화학 임피던스 분광법(EIS)를 통해 응집체 소재의 전기적 성능을 평가하였다.