입력 2025.10.24 13:58
- 숭실대KAIST, 하이드레이트 기반 반도체 폐수 정화 기술 개발
- 하이드레이트 에멀전 기반 기술로 수산화테트라메틸암모늄 제거 및 담수 자원 확보 가능성 제시
숭실대학교(총장 이윤재)는 화학공학과 안윤호 교수 연구팀과 정재현 교수 연구팀 그리고 KAIST 생명화학공학과 이재우 교수 연구팀이 공동으로 반도체 폐수 내 수산화테트라메틸암모늄 (TMAH)을 효과적으로 제거할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.
이번 기술은 폐수 에멀젼 내 물의 신속한 상 (Phase) 변화를 통해 하이드레이트를 형성하고 물 격자 구조 외부로 TMAH를 배제하는 방식으로 작동한다.
전 세계적으로 담수 부족이 심화하고 반도체 산업이 급속하게 성장하며 유해 폐수 처리 기술이 중요한 과제로 떠오르고 있다. 특히 반도체 폐수 성분 중 TMAH는 포토 공정의 현상액으로 주로 사용되지만, 높은 부식성과 신경독성으로 환경 관리가 까다롭다. 기존의 흡착 및 막여과 공정은 재사용성이 낮고 에너지 소모가 높으며 생분해 공정은 처리 속도가 느려 경제성이 낮은 한계가 있었다. 이에 따라 에너지 효율적이면서 경제성을 갖춘 새로운 TMAH 폐수 정화 공정의 필요성이 제기되어 왔다.
연구팀은 유사 얼음으로 불리는 클러스레이트 하이드레이트(Clathrate hydrates)의 객체 선택적 포집 특성을 활용해 에너지 효율적이고 친환경적인 TMAH 폐수 정화 기술을 개발하였다.
하이드레이트는 물이 객체 분자와 공존할 때 형성되는 고유 상(Phase)으로, 본 연구팀은 물과 쉽게 분리될 수 있는 Cyclopentane을 하이드레이트 객체로 활용하였다.
그 결과, 폐수 에멀젼 내에서 하이드레이트의 생성 유도 시간(상 전환 시간)을 약 96% 단축하고, TMAH를 하이드레이트의 물 격자 구조 외부로 배제해 세척 공정과 병행함으로써 제거 효율을 높였다.
이번 연구로 개발된 TMAH 폐수 처리 기술은 에너지 효율성과 경제성을 동시에 확보했고, 반도체 산업뿐만 아니라 유기 오염물질이 포함된 다양한 산업 폐수 처리에도 활용 가능성이 높다. 이를 통해 폐수 재이용을 통한 담수 자원 확보와 환경오염 저감에 기여할 것으로 기대된다. 현재 연구팀은 기술 이전과 사업화 준비를 진행하고 있다.
안윤호 교수는 “클러스레이트 하이드레이트의 객체 선택적 포집 특성을 활용해 에너지 효율적이면서도 친환경적인 폐수 정화 공정을 구현한 점에서 의의가 있다”고 밝혔다.
이번 연구에는 숭실대학교 석사과정 이재철 학생과 UCLA 이원형 박사가 공동 제1저자로 참여했다. 또한 본 연구는 과학기술정보통신부 우수 신진 연구 사업, 글로벌선도연구센터 사업, 교육부 석사과정생 연구 장려금 사업의 지원을 받았다. 연구 결과는 국제 저명학술지인 Separation and Purification Technology에 9월 29일 자로 온라인 게재됐다.