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.

새로운 수처리 기술을 개발한 GIST 김인수 교수(왼쪽)와 고려대 미래건설환경융합연구소 김창민 연구교수.(사진=GIST)

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.