갑각류 껍질 활용한 신개념 중금속 제거제‧점착제 개발

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왼쪽부터 과학기술연합대학원대학원(UST) 정해민 박사과정생, 신지훈 지도교수, 이현호 통합과정생. UST 제공

국내 연구진이 갑각류 껍질 등 자연 물질을 활용해 증금속 제거제와 점착제를 개발했다.

과학기술연합대학원대학교(UST)와 한국화학연구원(KRICT)스쿨 공동 연구팀은 자연유래 물질을 합성해 새로운 점착제 물질을 만들고 갑각류 껍질에 전자빔을 조사해 중금속과 염료를 제거하는 흡착제를 개발했다고 22일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘ACS 서스태이너블 케미스트리 & 엔지니어링’과 ‘나노스케일’에 각각 3월과 6월 게재됐다. 

연구팀은 자연유래 물질들을 친환경적 방법으로 합성한 뒤 분자량만 조절하는 간단한 방법으로 고성능 점착제, 슈퍼엘라스토머로 활용 가능한 물질을 만들었다.

식물유에서 얻은 연질 물질과 나무 목질부에서 얻은 경질 물질을 인공첨가제를 전혀 사용하지 않는 친환경 합성법을 적용해 새로운 고무‧엘라스토머(TPE)를 만든 뒤 분자량만을 조절해 연질화하여 기존 포스트잇보다 높은 점착력을 지닌 점착제를 만들었다. 분석 결과 현재 상용화된

TPE보다 30배(3000%) 높은 탄성율을 지닌 ‘슈퍼엘라스토머’로의 활용 가능성이 입증됐다.

연구에 참여한 정해민 UST 박사과정생은 “기존 석유화학제품이나 화석연료의 사용을 지양하고 지속가능한 자원을 활용해 유용한 탄성체 대체물질 후보를 만든 데 의미가 있다”며 “앞으로도 지구 환경 문제의 근원적 해결을 위한 신물질 및 기술 개발로 인류에 기여하는 연구자로 성장하고 싶다”고 밝혔다.

새우, 게 등 갑각류의 외골격에서 얻을 수 있는 천연 고분자 물질인 키틴에 신개념 친환경 공정을 적용해 고효율의 중금속 및 염료 흡착제 개발로 응용할 수 있는 성과도 나왔다.

키틴에서 추출할 수 있는 키틴 나노 결정체는 수질오염원 중 양이온을 띄는 중금속이나 염료의 흡착제로 응용이 가능하다. 현재 산 가수분해 등 화학적 방법은 결정체 추출 시 환경오염 유발 및 낮은 수율 문제를 갖고 있다.

연구팀은 정제된 키틴 분말에 전자빔을 조사한 뒤 고압 균질화 처리를 거쳐 물에 분산된 형태의 키틴 나노 결정체 현탁액을 제조했다. 현탁액은 건조를 통해 분말 형태로 제조됐고 간단한 기계적 처리 후 물에 완벽히 재분산됐다. 중금속과 염료를 흡착하는 자립형 하이드로겔의 성격을 갖는 것으로 확인됐다. 친환경적인 동시에 높은 결정체 추출 수율을 나타냈다는 설명이다.

연구에 참여한 이현호 UST 통합과정생은 “화학물질을 사용하지 않고 생산 수율이 높은 키틴 나노 결정체를 제조하는 새로운 기술로 의미가 있다”며 “자연유래 물질을 유해하지 않은 신개념 방법으로 환경보전 물질로 재탄생시키고 이를 상용화까지 할 수 있는 연구를 이어가 세계적 수준의 성과를 창출할 것”이라고 밝혔다.

두 연구에 참여한 신지훈 UST 교수는 “지속가능하고 친환경적인 방법으로 자연의 물질에 새로운 기능을 부여하는 연구는 앞으로 더욱 가치가 높다”며 “이 분야의 우수한 차세대 연구자로 성장하고 있는 제자들과 향후 더 높은 세계적 수준의 연구를 계속 이어갈 것”이라고 밝혔다.

[박정연 기자 hesse@donga.com]