독성 강한 `유기용매` 재활용 길 열었다…내구성 뛰어난 소재 활용해 분리막 제조

화학연, 나노여과 분리막 제조 기술 개발
투과도와 선택도 높여..의약, 정밀화학 등 적용

한국화학연구원은 독성이 강한 유기용매의 에너지 효율 향상과 재활용률을 높이는 나노여과 분리막 제조기술을 개발했다. 사진은 연구진이 대면적으로 제작한 분리막 모습. 화학연 제공

화학연이 개발한 유기용매 나노여과 분리막 제조 기술의 개념도. 화학연 제공

국내 연구진이 독성이 강한 유기용매의 재사용을 위한 분리막 기술을 내놨다. 기존에 내구성과 분리 성능이 떨어져 적용할 수 없었던 다양한 유기용매를 분리·정제하는 과정에 활용할 수 있어 에너지 효율 향상과 에너지 저감에 기여할 것으로 기대된다.

한국화학연구원은 유영민 박사 연구팀이 높은 내열성과 내화학성을 지닌 고분자 물질인 폴리벤즈이미다졸 소재를 이용한 고성능 유기용매의 나노여과 분리막 제조기술을 개발했다고 30일 밝혔다.

유기용매는 의약품 합성 반응의 매개체 또는 석유로부터 다른 기초화학원료를 생산할 때 반응물을 용해시키거나, 고순도 물질이 필요한 웨이퍼·화장품 등의 불순물을 제거하는 용도 등 다양한 산업에서 쓰이고 있다. 최종 물질을 생산할 때 중간에 포함됐던 유기용매를 가열하거나 분리막으로 걸러내는데, 일부는 재활용되고 나머지는 버려진다. 국내 폐 유기용매 발생량은 매년 200만톤이 넘을 정도다.

버려지는 유기용매를 효율적으로 분리·회수하는 방법으로 분리막을 이용한 나노 여과 방식은 증류 방식에 비해 에너지가 적게 소모되고, 다양한 유기용매 분리에 적용할 수 있어 주목받고 있다.

하지만 물에 비해 유기용매는 화학적으로 분리막을 손상시키는 경우가 많아 활용에 한계가 있다.

연구팀은 화학적 내구성이 뛰어난 폴리벤즈이미다졸(PBI) 소재와 유기용매를 잘 배출하고 원하는 용질을 잘 걸러내는 후가교 방법을 개발해 나노 여과 분리막 제조에 활용했다. 이를 통해 다양한 유기용매 분자가 분리막 통과에 필요한 에너지 장벽이 감소해 기존보다 72% 높은 유기용매 투과도와 용질의 선택도를 6% 이상 높였다.

아울러, 유기용매 분리막 공정을 도입할 경우 에너지 효율 향상과 20% 가량 폐기되는 유기용매를 재활용률을 높여 독성이 강한 유기용매의 폐기량 저감에 기여할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

유영민 화학연 박사는 "정밀화학과 의약, 바이오매스 산업 등 다양한 분야에 활용이 가능할 것"이라며 "앞으로 모듈화와 시스템 최적화를 거쳐 2026년 상용화 연계를 목표로 후속연구를 진행하고 있다"고 말했다.

이 연구결과는 분리막 공정 국제 학술지 '저널 오브 멤브레인 사이언스(지난 3월)'에 실렸다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr