나노기술 이용, 해수담수화 분리막 성능 개선

[산업일보]
국내 연구진이 나노 수준에서 분자간 반응을 제어해 나노 두께의 초고밀도 분리막을 제조함으로써 기존 해수담수화 분리막을 성능과 내구성을 대폭 개선하는 성과를 올렸다.

한국과학기술연구원 물질구조제어연구단 이정현 박사와 고려대학교 방준하 교수는 미국국립표준과학연구원(NIST)과의 공동연구를 통해 벽돌을 쌓아올려 집을 짓듯이 쉽고 다양하게, 분자들을 나노 수준에서 조립해 고성능 해수담수화 분리막을 제조할 수 있는 기술을 개발했다. 이번 연구성과는 재료분야 세계적 권위의 과학전문지 ‘Advanced Materials’ 온라인판 7월호에 게재됐다. (논문명 : Molecular Layer-by-Layer Assembled Thin-Film Composite Membranes for Water Desalination)

그동안 해수담수화에 사용돼온 기존의 고분자 분리막 제조방법은 막의 내부구조를 조절하기 어려워 분리막의 성능(염분제거율, 수투과도) 및 내구성을 향상시키는데 한계가 있었다. ㅇ같은 문제점으로 인해 분리막 구조를 정밀제어해 기존 분리막이 갖고 있던 한계를 한계를 극복하는 연구에 대한 필요성이 제기돼 왔다.

이에 연구팀은 분자간의 반응을 나노 수준에서 제어해 레고 블록과 같이 분자 하나하나를 조립함으로써 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 있으며, 기존 해수담수화 분리막 대비 동등 이상의 염분 제거율과 함께 수투과도를 약 82% 향상시킨 분리막을 제조할 수 있었다. 또한 개발된 분리막은 표면이 거칠고 울퉁불퉁해 막이 쉽게 오염됐던 것과 달리 편평한 표면구조를 구현해 오염원이 쉽게 부착되지 않으므로 내오염성이 월등하다.

나노 분리막 제조기술은 분리막의 나노구조체를 체계적으로 제어, 과거 규명해내지 못했던 해수담수화 분리막의 구조와 물성, 성능의 메커니즘을 규명하는데 활용됐다는 점에서 학술적 의의가 있다.

향후 이 기술을 이용하면 해수담수화의 고효율, 고성능화가 가능해 전 세계 물 부족 문제를 해결하는데 기여할 것으로 보인다. 또한 이 기술은 수자원 문제에만 국한되지 않고 신재생에너지 생산, 온실가스 제어, 연료전지 등에 사용되는 기능성 막 개발에도 활용이 가능할 전망이다.

이정현 박사는 “기존 다소 엔지니어링 방식에 의존했던 분리막 연구분야에 첨단 나노기술을 도입해 보다 과학적인 접근법으로 성능과 내구성을 대폭 향상시킬 수 있음을 확인했다”며 “더 많은 나노기술 연구자들이 해수담수화 분야에 참여해 국내 소재산업 발전에 기여하기를 바란다”고 말했다.