유체확산 이론의 '수압(水壓)=삼투압' 가정은 틀린 것으로 밝혀졌다. 

이 같은 사실은 김인수 광주과학기술원(GIST) 지구환경공학부 교수팀의 연구 결과 드러났다고 대학 측이 19일 밝혔다.

유체확산 이론은 용매(물)와 용질(이온성 물질)이 서로 독립적인 구동력에 따라 투과된다는 내용이다. 이 이론의 핵심 토대인 '수압=삼투압' 가정은 비공극성 막 기반의 수처리 공정 해석에서 지난 60여 년 동안 정설로 받아들여져 왔다. 비공극성 막은 공극의 존재는 확인되지만 그 크기가 너무 작아 정량적 측정이 어려운 분리 막을 일컫는다.

김 교수팀은 정삼투(Forward Osmosis) 공정에 사용되는 비공극성 막을 연구 대상으로 삼았다. 정삼투는 서로 다른 농도의 두 용액 사이에 비공극성 막을 배치해 삼투압 차이로 물을 여과하는 공정이다. "'수압=삼투압' 가정이 옳다면, 똑같은 수압과 삼투압이 서로 반대 방향으로 작용할 때 물은 투과하지 않으며, 염 투과는 염의 농도에 비례해 관찰될 것이다." 연구팀은 이런 가설을 세운 뒤 변증법적으로 검증해 나갔다.

분석 결과, 수압은 항상 삼투압보다 큰 영향을 미치는 것으로 확인됐다. 즉, 비공극성 막에서 수압과 삼투압은 같은 성질의 구동력으로 작용하지 않음이 확인됐다. 기존 유체확산 이론의 핵심 가정이 실제 공정 해석에 적합하지 않음이 드러난 것이다.

김 교수는 이 같은 연구 결과에 대해 "기존 유체확산 이론의 '수압=삼투압'이라는 핵심 가정이 투과능 해석의 부정확성을 야기하는 주된 원인임을 규명했다는 데 큰 의의가 있다"며 "이번 연구에서 제시된 해석법이 수처리 현장에 사용되는 다양한 비공극성 막에 적용돼 신뢰성 있는 설계, 건설 및 운영에 기여하길 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 국토교통부의 플랜트 연구사업(해수담수화)의 지원을 받아 수행됐다. 연구 성과를 담은 논문(논문명 : Forward Osmosis Membranes under Null-pressure Condition: Do Hydraulic and Osmotic Pressures Have Identical Nature?)은 미국화학회가 발간하는 국제학술지 'Environmental Science & Technology' 온라인판 2월 21일자에 실렸다.

송강섭 기자 successnews@successnews.co.kr

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