적층형 산화 그래핀, 해수담수화 시장 재편 할까

GIST 국제 연구팀이 꿈의 소재로 불리는 그래핀을 기반으로 혁신적인 고효율·선택적 분리막 기술을 개발했다. 중동 국가 등의 물부족 문제를 해결할 새로운 방법이라는 것이 연구진의 설명이다. 광주과학기술원(GIST)은 환경·에너지공학부 김인수 교수 국제 공동 연구팀이 그래핀을 소재로 한 적층형 산화 분리막을 개발했다고 15일 밝혔다. 연구팀은 또 적층형 산화 그래핀막에서의 물 분자가 가지는 특이적 투과 현상의 발생 원리도 규명했다. 이 연구는 미국 MIT· 영국 노섬버리아대· 호주 뉴사우스웨일스대· 중국 중산대 연구팀과 공동으로 수행했다. 특정 물질을 걸러내는 분리막은 대부분 고분자 소재로 만들어진다. 그러나 이 같은 고분자 분리막은 막의 두께가 두꺼워짐에 따라 순수(pure water) 투과도가 저항에 의해 큰 폭으로 감소되고 막 소재 및 구조에 따라 큰 차이를 나타내는 단점이 있다. 연구팀은 이 문제 해결을 위해 그래핀을 기반으로 산화 그래핀을 활성층, 다공성 세라믹을 지지층으로 하는 비대칭 분리막을 합성했다. 김인수 교수는 "실험결과 일반 용매 분자들(메탄올, 에탄올 등)은 얇은 적층 산화 그래핀 막(140㎚)조차 거의 투과할 수 없었던 것과 달리, 물 분자의 경우 산화 그래핀 활성층 두께가 15배 증가(140㎚→ 2000㎚)함에도 투과도가 약 40% 정도만 감소하는 특이 현상을 발견했다"고 말했다. 연구팀은 열역학적 분석을 통해 나노 수준의 매우 제한된 공간에서 물 분자가 기체에서 액체와 같은 유체로 변환되는 것을 발견했다. 또 제한된 공간에서 반-상변화가 일어나 짧은 경로에서도 많은 양의 물 분자가 이동 가능함을 확인했다. 김인수 교수는 “적층형 산화 그래핀 분리막에서 일어나는 물 분자 이동 기작의 전이 현상을 규명했다는 데 가장 큰 의의가 있다”고 설며하며 “향후 고도수처리, 해수담수화 및 기체 분리막 개발에 새로운 패러다임을 제시할 수 있을 것"으로 기대했다. 이 연구는 한국연구재단, 과학기술정보통신부 지원을 받았다. 연구결과는 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'(1월3일자)에 온라인으로 게재됐다. 한편, 김인수 교수는 지난 2021년 혈액투석용 중공사 분리막 제조 기업 ㈜이노셉을 설립하고 현재 최고기술책임자(CTO)를 맡고 있다.