분자수준에서 물질을 조립하는 나노기술을 이용해 기존 해수 담수화 분리막의 성능과 내구성을 획기적으로 개선한 신소재가 개발됐다.
한국과학기술연구원(KIST, 원장 문길주) 물질구조제어연구단 이정현 박사와 고려대학교 방준하 교수는 미국국립표준과학연구원(NIST)와의 공동연구를 통해 벽돌을 쌓아올려 집을 짓듯이, 쉽고 다양하게, 분자들을 나노수준에서 조립해 고성능 해수담수화 분리막을 제조할 수 있는 기술을 개발했다고 5일 밝혔다.
이번 연구 성과는 재료분야 과학전문지 어드밴스드 머티리얼스 온라인판 7월호에 게재됐다.
지난 40년간 해수담수화에 사용돼 온 기존의 고분자 분리막 제조방법은 막의 내부구조를 조절하기 어려워 염분제거율, 수투과도 등 분리막의 성능 및 내구성을 향상시키는데 한계가 있었다.
이에 따라 학계에서는 분리막의 구조를 정밀 제어해 기존의 분리막이 가지고 있던 한계를 극복하는 연구에 대한 필요성이 제기돼 왔다.
연구진은 분자간의 반응을 나노수준에서 제어해 레고 블록과 같이 분자 하나 하나를 조립해 균일하면서도 밀도가 높은 막의 구조를 설계할 수 있는 기술을 개발했다.
이 기술을 이용하면 조립층 수와 분자의 종류를 조절해 막의 두께, 구조 및 성능을 자유로이 제어할 수 있고 기존 해수담수화 분리막 대비 동등 이상의 염분 제거율과 함께 수투과도를 82% 향상시킨 분리막을 제조했다.
개발된 분리막은 표면이 거칠고 울퉁불퉁해 막이 쉽게 오염됐던 기존의 분리막과 달리 편평한 표면구조를 구현해 오염원이 쉽게 부착되지 않아 내오염성을 향상시킬 수 있었다.
나노 분리막 제조 기술은 분리막의 나노구조체를 체계적으로 제어해 해수담수화 분리막의 구조와 물성, 성능의 메커니즘을 규명하는데 활용됐다는 점에서 학술적 의의가 있다.
향후 이 기술을 이용하면 해수담수화의 고효율, 고성능화를 가능하게해 전세계 물부족 문제를 해결하는데 기여를 할 것으로 기대된다.
기술은 수자원 문제에만 국한되지 않고 신재생에너지 생산, 온실가스제어, 연료전지 등에 사용되는 기능성 막개발에도 활용이 가능해 물, 환경, 에너지라는 글로벌 아젠다 해결에 광범위하게 적용될 수 있을 것으로 예상된다.
KIST 이정현 박사는 “기존 다소 엔지니어링 방식에 의존했던 분리막 연구분야에 첨단 나노기술을 도입하여 보다 과학적인 접근법으로 성능과 내구성을 획기적으로 향상시킬 수 있음을 확인했다”며 “더 많은 나노기술 연구자들이 해수담수화 분리막 분야에 참여해 우리나라 미래소재산업의 발전에 기여할 수 있기를 기대한다” 고 말했다.
