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1초 만에 기름만 쏙쏙 걷어내는 첨단 방제막 개발

1초 만에 기름만 쏙쏙 걷어내는 첨단 방제막 개발

2018/03/15

– 나노섬유막으로 대용량 물기름 고속 분리··· 정확도 99%
– 상용화 시 해상 기름유출 사고 등 긴박한 상황서 유용하게 쓰일 것

포스텍(총장 김도연) 기계공학과 통합과정 홍성경 씨와 임근배 교수팀이 충남대학교 기계공학부 조성진 교수 연구팀과의 공동 연구로 고속으로 대용량의 물기름을 분리할 수 있는 기술을 개발했다.

왼쪽부터 포스텍 기계공학과 통합과정 홍성경 씨와 임근배 교수, 충남대학교 기계공학부 조성진 교수.
왼쪽부터 포스텍 기계공학과 통합과정 홍성경 씨와 임근배 교수, 충남대학교 기계공학부 조성진 교수.

바다에 막대한 기름이 쏟아져 바닷물과 섞이거나, 각종 화학물질과 기름, 물 등의 여러 액체가 혼합된 산업 유폐수를 안전하게 처리하기 위해서는 대량의 물과 기름을 잘 분리해 빠르고 정확하게 기름만 걷어내는 기술이 중요하다.

연구팀은 물·기름 혼합물을 연속해서 고속으로 99% 정확하게 분리할 수 있는 기술을 개발해 해양 기름 오염 확산을 효과적으로 막고 산업 유폐수도 안전하게 처리할 수 있게 됐다.

지금까지 해상에 기름이 유출되면 기름이 퍼지는 것을 막기 위해 오일펜스를 활용하거나 분산제를 뿌려 기름 입자를 바다 밑으로 가라앉게 하는 방법을 주로 사용했다.

오일펜스의 경우 해수의 흐름, 바람과 파도 등 환경에 의해 많은 영향을 받고, 분산제의 경우 화학약품을 사용하기 때문에 환경오염에 대한 문제가 있었다. 기름과 화학물질이 섞인 산업용 유폐수도 안전하게 물과 기름을 분리해서 처리해야 하는데 물기름 혼합물을 빠르고 정확하게 분리하는 것은 어려웠다.

(왼쪽)수중 초발유성 분리막, NFC 멤브레인의 물기름 분리 개념 설명도. 기름 방울은 통과 하지 못하고 밑으로 물만 빠져나갈 수 있음. 2층으로 이루어진 섬유막은 촘촘한 다공성 구조를 가짐. (오른쪽 위)NFC 멤브레인의 제작 과정. 수중 전기방사를 통해 셀룰로오스 나노섬유를 적층하고, 적층된 셀룰로오스 나노섬유를 상용 무진지로 건져냄. (오른쪽 아래)① 수중에서 기름과 NFC멤브레인의 접촉각이 150˚ 이상으로 수중 초발유성. ② 2층 구조로 이루어진 NFC멤브레인의 단면을 전자현미경으로 확인한 사진. A층은 셀룰로오스 나노섬유로 이루어져 있고, B층은 상용 무진지이다.
(왼쪽)수중 초발유성 분리막, NFC 멤브레인의 물기름 분리 개념 설명도. 기름 방울은 통과 하지 못하고 밑으로 물만 빠져나갈 수 있음. 2층으로 이루어진 섬유막은 촘촘한 다공성 구조를 가짐. (오른쪽 위)NFC 멤브레인의 제작 과정. 수중 전기방사를 통해 셀룰로오스 나노섬유를 적층하고, 적층된 셀룰로오스 나노섬유를 상용 무진지로 건져냄. (오른쪽 아래)① 수중에서 기름과 NFC멤브레인의 접촉각이 150˚ 이상으로 수중 초발유성. ② 2층 구조로 이루어진 NFC멤브레인의 단면을 전자현미경으로 확인한 사진. A층은 셀룰로오스 나노섬유로 이루어져 있고, B층은 상용 무진지이다.

연구팀은 물기름 혼합물을 연속적이고 고속으로 분리하고자 물 속에서 기름이 스며들지 않는 수중 초발유성 셀룰로스 기반의 나노섬유 멤브레인(막)을 제작했고, 실험결과 물기름 혼합물이 99% 이상 정확하게 분리됨을 확인했다. 셀룰로오스는 강력한 내화학성과 친수성, 수중 초발유성 등의 성질로 기름에 쉽게 오염되지 않고, 중력만으로도 반복해서 물과 기름 분리를 고속으로 진행할 수 있는 장점이 있다.

연구팀은 다공성 구조를 가진 셀룰로스 나노 섬유 멤브레인(NFC membrane, Nanofibrous cellulosic)을 수중 전기방사식으로 제작했다.

NFC 멤브레인은 구멍이 많은 다공성 구조로 액체를 더 잘 흡수하고 빠른 반응을 보여주는데, 중력만으로도 쉽게 물기름 분리를 진행할 수 있을 뿐만 아니라, 30킬로파스칼(kPa)의 추가적인 기계 압력을 걸면 1분에 2000리터의 물기름을 분리할 수 있다.

손바닥만 한 필터로 우리가 흔히 마시는 커피 전문점 종이컵 크기인 300mL의 물기름을 단 1초 만에 정화할 수 있는 것이다. 이는 현존하는 연구 중 최상위권의 속도로 이 기술이 상용화된다면 해양 오염과 같은 촌각을 다투는 물기름 분리 처리에 유용하게 활용할 수 있을 것으로 전망된다.

한편 한국연구재단의 지원으로 수행한 이 연구는 나노분야 저명 학술지인 나노스케일(Nanoscale)에 실렸다.

최혜영 커뮤니케이터

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