인체에 닿으면 발암 및 사망에 이를 수 있는 위험성이 매우 높은 유독성 화학물질을 완전히 차단해 안전성과 효율성을 높인 기술이 개발됐다.
김동표 포스텍(POSTECH) 미세유체응용화학연구단 교수 연구팀은 모든 액체에 젖지 않는 양쪽 초소수성 특수 분리기를 장착한 밀봉화학 반응시스템을 개발했다고 3일 밝혔다.
이 연구로 유독물질의 생산과 분해, 배출까지 전 과정에서 유출 가능성을 완전 차단한 안전화학 공정이 가능하게 됐다.
최근 대학연구실, 화학공장 및 산업현장에서 고위험 유독성 화학약품 관련 안전사고가 빈번히 발생하고 있다. 유독성 물질의 안전성을 높일 수 있는 새로운 방안이 시급한 실정이다.
연구팀은 어떤 액체에도 젖지 않는 양쪽 초소수성 나노와이어 특수 분리기를 만들었다. 이어 고위험 화학물질을 생산하고 분리·정제해 응용한 다음 잔유물질 분해 배출까지 일련의 전 과정을 미세한 파이프 라인을 따라 수행하는 밀봉화학반응 시스템을 개발했다.
휘발성이 높은 유독혼합물을 분리·정제할 때는 외부노출을 완전 차단한 일괄공정 방식이 이상적이나, 기존 분리방식은 노출 위험성이 컸다.
가령 발암성 클로로메틸메틸에테르(CMME)는 휘발성이 높기 때문에 취급 시 외부 누출사고 발생 가능성이 크다.
연구팀은 불안정한 기존 증류 분리방식으로 인해 생기는 문제점을 극복하기 위해 실리콘 나노와이어의 초소수성을 이용한 특수 분리기를 개발해 유독성 기체물질을 효과적으로 분리하는데 성공했다.
그 결과 원료주입에 의한 유독성 물질의 생산부터, 분리, 응용 및 분해에 이르는 전 과정을 밀봉된 파이프 라인에서 수행할 수 있게 됐다. 외부노출 가능성을 완전 차단한 것이다. 뿐만 아니라 공정과정 내 효율성도 높아져 공정시간도 단축됐다.
2차 전지용 멤브레인 성능은 음이온 교환 수지의 클로로메틸화 정도에 의해 크게 좌우된다. 기존 공정에 비해 밀봉화학반응 시스템은 공정시간을 4분의 1수준으로 단축했다. 클로로메틸화 수율은 약 12% 높아졌다.
김동표 교수는 “안전사고가 빈번한 맹독성 중간 화학원료를 안전하면서도 높은 효율로 생산할 수 있는 환경친화적 신화학공장 모델 확립 가능성을 보여 준 연구”라며 “산업체에서 연소혼합물 내 휘발성 물질을 분리 응용하는데 있어 지속가능형 그린 화학공정 및 시스템으로 활용할 수 있을 것”이라 말했다.
이번 연구성과는 최근 세계적 권위의 학술지 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)에 게재됐다. 연구는 한국연구재단(이사장 정민근)은 미래창조과학부 리더연구자지원사업(창의적 연구)의 지원을 받아 이뤄졌다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com
