KIST-KAIST 연구진 공동 연구···초미세입자를 고온의 열로 태워 필터 재사용 가능

최근 미세먼지로 인해 국내 공기상태가 악화되고 있다. 미세먼지는 주로 공장, 자동차, 가정 등에서 사용하는 화석연료를 태우면서 발생하는 유기 탄화물로 인체 유해성이 큰 것으로 알려졌다. 

미세먼지는 화석 에너지 소비에 따라 발생원의 수가 지속적으로 증가하고 있다. 이에 대기 중 미세먼지를 제거할 수 있는 필터 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

하지만 기존 미세먼지 필터를 구성하는 섬유 자체의 굵기가 굵고, 기공 크기가 커 초미세먼지를 걸러내는 데 한계가 있었다. 또 대부분 일회용으로 제조되고, 주원료가 플라스틱 섬유라는 점에서 환경오염 문제를 야기하는 문제가 있었다.  

KIST(원장 이병권)는 전북분원 복합소재기술연구소는 과학기술정보통신부(장관 유영민)의 지원을 받아 지난해부터 우주 승강기용 극한환경소재 개발을 목표로 KIST 개방형 연구 프로그램인 4U 복합소재 프로젝트(단장 홍재민 KIST 전북분원장, 이건홍 포항공대 교수)를 수행해 왔다.

최근 KIST 연구진은 이 프로젝트의 핵심 소재 중 하나인 질화붕소 나노튜브를 이용해 재활용이 가능한 첨단 세라믹 필터 제조기술을 개발했다고 2일 밝혔다.

미세먼지를 포함한 일반적인 유기 미립자들은 350℃ 이상으로 가열하면 연소되어 이산화탄소와 물로 분해된다.

연구진은 레이저나 플라즈마와 같은 초고온에서 성장되어 900℃까지 타지 않는 고품질의 질화붕소 나노튜브로 필터를 제조해 기공에 걸린 미립자를 태워서 제거하고 필터를 재활용하는 것이 가능한 기술을 개발했다. 

개발된 필터는 매우 얇은 막의 형태로 제조가 가능해 커피콩 1개 무게인 약 100mg의 소량 나노튜브만으로도 명함 크기의 필터 제조가 가능하며, 초미세입자를 99.9% 이상 제거할 수 있다.

또한, 미세입자를 제거하는데 가장 중요한 요소인 기공의 크기를 손쉽게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 미립자에 의해 막힌 필터를 태워서 재생하는 반복 공정 후에도 우수한 입자의 제거 효율이 유지된다.

이는 대형 미세먼지 발생원 등 대량 입자 제거 설비에 활용되어 필터 교체 비용 등을 절감할 수 있을 것으로 기대된다.  

장세규 KIST 박사는 "개발된 필터는 미세입자 제거뿐만 아니라 바이러스 정제, 수처리, 식품 등 대량 정제 공정 등에 적용할 수 있다"면서 "질화붕소 나노튜브는 방열, 방사선 차폐 소재로도 응용 가능성이 높아 우주항공, 전자, 자동차, 원자력 등 고부가 가치가 높은 대형시장에 광범위하게 적용할 수 있다"고 말했다.  

이번 연구는 KIST 연구진과 김범준·김지한 KAIST 교수의 공동연구로 이뤄졌다. 연구결과는 국제학술지 'Journal of Membrane Science'에 지난 1일자 최신호에 게재됐다.

저작권자 © 헬로디디 무단전재 및 재배포 금지