KAIST, 유기용매 정제용 친환경 초고성능 나노여과막 개발

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 생명화학공학과 최민기 교수 연구팀이 2차원 다공성 탄소 기반 유기용매 정제용 초고성능 나노여과막을 개발했다고 3일 밝혔다.

기존 유기용매 분리 공정은 혼합물을 이루는 물질 간 끓는점 차이를 이용해 분리하는 증류법이 사용돼 막대한 에너지가 소모되는 단점이 있었다.

반면 분리막 기술은 단순히 압력을 가하는 것만으로 유기용매의 선택적 투과가 가능하고 유기용매보다 크기가 큰 입자들을 효과적으로 제거할 수 있다는 게 연구팀 측 설명이다.

특히 공정에 필요한 에너지 및 비용을 절감할 수 있고 가열 과정 중 고부가가치 생성물의 화학적 변성 위험성을 배제할 수 있다는 장점이 있다.

연구팀은 2나노미터(nm) 이하의 작은 마이크로 기공을 갖는 결정성 알루미노실리케이트 물질인 제올라이트를 주형으로 활용해 분리막에 사용할 2차원 마이크로 다공성 탄소 물질을 합성했다.

2차원적 기공 연결구조를 지니는 제올라이트 내부에 탄소를 채워 넣은 뒤 제올라이트만을 선택적으로 녹여내 판 형태의 2차원 탄소 물질을 합성하는 데 성공했다.

합성된 탄소는 기존 제올라이트의 마이크로 기공 구조를 그대로 본뜬 골격 구조를 지닌다. 극도로 균일한 크기의 마이크로 기공들이 벌집 구조로 빽빽하게 배열돼 기존 다공성 그래핀 대비 기공 밀도를 수십 배 이상 높다.

연구팀은 또 합성된 2차원 탄소 시트들을 적층시켜 얇은 두께의 분리막을 제조했다. 해당 분리막은 기공 밀도가 높아 유기용매의 대량 정제에 매우 적합하다.

최 교수는 "극도로 균일한 크기의 마이크로 기공이 초고밀도로 존재하는 2차원 다공성 탄소의 합성 방법은 세계적으로 보고된 바 없는 새로운 개념ˮ이라며 "배터리나 축전지와 같은 전기화학적 에너지 저장 장치 및 화학적 센서 등 다양한 분야에서 활용이 가능할 것으로 기대된다ˮ고 말했다.

kjs12@news1.kr