이온 교환 수지를 이용한 과불화화합물 제거: 리뷰 = Per- and Poly fluoroalkyl Substances Removal using Ion Exchange Resins: A Review

국문 초록 (Abstract)

과불화화합물은 열·화학적으로 안정하여 다양한 산업 분야에서 사용되고 있지만, 생물 축척 및 질병 유발과 같은 부정적인 영향을 미친다. 과불화화합물의 인체 및 환경 노출을 완화하기 위하여 음용수의 농도 규제가 점차 강화되고 있다. 이에 따라 전 세계적으로 수중 과불화화합물 제거에 대한 관심이 급증하고 있으며, 과불화화합물 제거를 위한 효과적인 수처리 기술의 적용 및 개발이 요구되고 있다. 미국의 경우 2024년 4월 최대 오염 허용치를 이전보다 더욱 낮췄으나, 대한민국의 경우 상대적으로 규제와 관리가 미비한 수준에 그치고 있다. 따라서, 본 논문에서는 이온 교환 수지를 이용한 과불화화합물 제거 기술에 대하여 종합적으로 검토하고, 이온 교환 수지가 수중 과불화화합물 오염 문제를 해결하는데 기여할 수 있음을 제시한다. 이온 교환 수지는 단사슬 과불화화합물에 대해 활성탄보다 우수한 제거능을 보였으며, 향후 증가할 다양한 종의 과불화화합물 제거에 대응할 수 있을 것으로 기대된다. Polystyrene 기반의 음이온 교환 수지가 polyacrylic 기반의 음이온 교환 수지보다 소수성이 높아 더욱 제거효율이 높은 경향을 보였다. 이 기술은 단사슬 및 장사슬 과불화화합물과 대체 화합물 제거에도 효과적인 방법으로 평가되어, 점차 사용량이 증가하는 단사슬 과불화화합물과 대체 화합물 제거에도 적용이 가능할 것으로 보인다. 하지만, 이온 교환 수지 재생 공정에서 발생하는 고농도 농축수 처리 및 용매 회수는 여전히 해결해야 할 과제이며, 다양한 수계에 적용을 위한 추가 연구가 필요하다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Per-and polyfluoroalkyl substances(PFAS) are extensively used in various industries due to their thermal and chemical stability. However, they are associated with significant health risks and bioaccumulation. To mitigate human and environmental exposure to PFAS, regulations on PFAS concentrations in drinking water are increasingly stringent. As a result, significant global attention has been given to PFAS removal from drinking water, highlighting the urgent need for effective water treatment technologies. In April 2024, the United States Environmental Protection Agency(USEPA) tightened the maximum contaminant level(MCL) for certain PFAS to 4 or 10ng/L, which is significantly stricter than previous standards. In contrast, domestic regulations and management remain comparatively lenient. This paper comprehensively reviews of PFAS removal technologies utilizing ion exchange resins. Ion exchange resins have demonstrated superior removal efficiency compared with activated carbon, particularly for short-chain PFAS. Furthermore, polystyrene-based resins exhibit higher removal efficiency than polyacrylic-based resins due to their greater hydrophobicity. This technology has been evaluated as an effective process for removing both short- and long-chain PFAS, as well as alternative compounds. It is particularly promising for addressing the rising prevalence of short-chain PFAS and their alternatives. However, challenges persist, including the management of concentrated PFAS wastewater generated during the regeneration process and the adaptation of this technology to various water systems. This study highlights the potential of the ion exchange process to mitigate PFAS contamination and address the increasing demand for versatile removal strategies.