유해가스 제거 흡착기술 개발…고성능 필터·마스크에 활용

한국과학기술연구원(KIST) 지속가능환경연구단

기존 기술로 제어가 어려웠던 대기 중 유해가스를 효과적으로 흡착할 수 있는 기술이 개발됐다. 게티이미지뱅크 제공

호흡기 질환, 암 등을 유발할 수 있는 유해가스를 효과적으로 흡착하는 공기정화 기술이 개발됐다. 

한국과학기술연구원(KIST)은 이지원·오영탁 지속가능환경연구단 선임연구원 연구팀이 기존 기술로 제어가 어려웠던 양극성 휘발성 유기화합물을 흡착할 수 있는 새로운 흡착제 원천 기술을 개발해 국제 학술지 '화학공학저널'에 지난 달 9일 발표했다고 26일 밝혔다. 

휘발성 유기화합물(VOC)은 끓는 점이 낮아 대기 중으로 쉽게 증발되는 액체 또는 기체상 유기화합물을 말한다. 그중에서도 양극성 휘발성 유기화합물은 소수성(물과 친화력이 적은 성질)인 탄소 사슬로 구성된 몸체에 친수성(물과 친화력이 높은 성질)인 산소 원자가 붙어있는 형태다. 

물이나 공기 중의 오염물질 제거를 위해 일반적으로 사용되는 흡착제는 활성탄(activated carbon)이다. 이는 표면의 수소성이 높아 다양한 성질을 가진 오염물질을 제거하는 데 한계가 있었다.  

연구팀은 흑연과 철 표면의 산화 정도(pH)를 정밀하게 제어하는 방식으로 산화그래핀-철산화물 융합구조를 합성해 흡착제를 만들었다. 그 결과 표면의 산소 작용기가 증가했다. 산소 작용기는 산소 원자가 다른 원자에 결합돼 있는 분자 내 배열을 의미하며, 분자의 반응성에 중요한 영향을 미친다. 개발한 흡착제는 양극성 휘발성 유기화학물에 대해 기존 활성탄 흡착제보다 최대 15배 향상된 흡착효율을 보였다. 

이어 흡착제 표면 내 산소작용기와 철 산화물의 비율을 조절하면 오염물질의 성질에 따라 최적화된 방법으로 제거할 수 있음을 밝혀냈다. 

한 예로 연구팀이 케톤류 물질 4종에 대해 실험을 진행한 결과, 탄소사슬이 적을수록 흡착효율이 낮다는 사실이 확인됐다. 이 경우 흡착제의 산소작용기와 철산화물 함유량을 증가시키면 케톤 물질을 효과적으로 제거할 수 있다.

연구팀은 또 흡착제와 휘발성 유기화합물 분자 사이에서 매우 세밀하게 일어나는 전자의 이동 현상을 분석, 오염물질의 모양과 흡착 경향성의 연관성을 찾아냈다. 이를 이용해 일상에 존재하는 다양한 대기 유해인자들에 대한 맞춤형 탐지·제어 기술을 개발한다는 계획이다. 

연구를 진행한 이 선임연구원은 "흑연, 철과 같은 접근성이 뛰어난 재료만으로도 고도화되고 선별적인 대기오염 제어 기능성을 구현 할 수 있다"며 "향후 필터, 마스크 같은 소재에도 사용할 수 있을 것으로 기대된다"라고 밝혔다. 

[박건희 기자 wissen@donga.com]