가정용 정수기 내부의 핵심 필터 중 하나인 활성탄 필터가 물속의 트리할로메탄 같은 유기 화학 물질을 제거하는 원리는 무엇인가요?

Question

가정용 정수기 내부의 핵심 필터 중 하나인 활성탄 필터가 물속의 트리할로메탄 같은 유기 화학 물질을 제거하는 원리를, 탄소 구조가 가지는 비정상적으로 넓은 비표면적과 무극성 분자 간에 작용하는 반데르발스 힘을 토대로 한 물리적 흡착 현상으로 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

정수기의 활성탄 필터가 트리할로메탄 같은 유기 화학 물질을 제거하는 원리는 탄소 구조의 물리적 특성과 분자 간 인력을 기반으로 한 물리적 흡착 현상입니다.

​활성탄은 야자껍질 등을 고온 가공해 만드는데, 이 과정에서 내부가 미세한 구멍으로 가득 찬 다공성 탄소 구조를 갖추게 됩니다. 이 무수한 미세 기공 덕분에 활성탄 1그램의 표면적이 축구장 크기에 달할 만큼 비정상적으로 넓은 비표면적을 가집니다. 이 광활한 표면적은 물속 오염 물질을 붙잡아둘 수 있는 거대한 물리적 공간이 됩니다.

​여기에 분자 간 인력이 더해집니다. 물속의 트리할로메탄 같은 유기 화합물은 전하의 치우침이 없는 무극성 분자이며, 활성탄의 탄소 표면 역시 대표적인 무극성 성질을 띱니다. 강한 극성을 띤 물 분자는 무극성 유기 물질을 밖으로 밀어내려 하고, 이 유기 물질들이 활성탄의 미세 기공으로 유입되면 무극성 분자 사이에 작용하는 인력인 반데르발스 힘에 의해 활성탄 표면에 단단히 달라붙게 됩니다.

​결국 활성탄 필터는 화학 반응을 일으키는 것이 아니라, 비정상적으로 넓은 비표면적을 가진 탄소 구조 안으로 유기 화합물을 유인한 뒤 반데르발스 힘을 통해 표면에 물리적으로 고정하여 붙잡아둠으로써 유해 물질을 깨끗하게 걸러내는 것입니다.