KBSI 고효율 철산화물 나노입자 합성 방식으로 수질오염 잡는다

탄소섬유 표면에 철산화물 나노입자 효율적으로 합성
기존 활성탄소섬유 가공방식보다 낮은 온도서 간단하게
고전도성 특성 활용, 배터리·센서 소재 개발 활용 기대도

인쪽부터 KBSI 박종배 전주센터장, KBSI 이세진 선임연구원, 김양수 KBSI 부원장(공동교신)

기술의 발전으로 인한 환경 공해가 심각하다. 특히 각종 질병을 일으키고, 수산업에 피해를 발생시키는 수질 오염에 대한 해결책이 요구되고 있다. 이에 국내 연구진이 하천의 인산염과 중금속 등 수질 오염을 보다 효율적으로 해결할 수 있는 소재를 개발했다. 탄소섬유 표면에 철산화물 나노입자를 효율적으로 합성해 수질 개선뿐 아니라 배터리·센서 소재로의 활용도 가능해질 전망이다.

24일 한국기초과학지원연구원(이하 KBSI)에 따르면 전주센터 박종배 박사 연구팀은 열적 가수분해 방법을 사용해 60℃ 이하의 낮은 온도에서 보다 간단하면서도 효과적으로 탄소섬유 표면에 철산화물 나노입자를 합성하는 방법을 개발했다. 기존에 높은 압력과 고온의 환경에서 다양한 첨가제를 사용해야 했던 방식을 뛰어넘는 연구 성과다.

하천에 유입된 각종 오·폐수와 비료의 과다한 사용으로 하천의 인산염·질산염 등의 농도가 높아지고 여름철 강한 태양 빛으로 조류의 광합성이 활발해지면 녹조·적조 등의 환경 오염이 발생한다. 철산화물 나노입자는 물속의 인산염이나 중금속을 흡착·제거할 수 있어 나노입자가 부착된 탄소섬유 필터를 활용하면 오염이 발생하기 전 단계에서 원천적인 수질 개선이 가능하다.

기존 활성탄소섬유 가공 방식이 아닌 연구진이 개발한 합성방식을 이용하면 전 세계 탄소섬유 시장 점유율의 90%를 차지하는 PAN계 탄소섬유에도 나노입자를 형성할 수 있다.

논문의 제1저자이자 공동교신저자인 박종배 전주센터장은 "아무런 첨가제도 사용하지 않고 철산화물 나노입자를 PAN계 탄소섬유표면에 대면적으로 합성하는 데 성공한 이번 연구는 지금까지 한 번도 보고되지 않은 성과로 산업적 의미가 크다"며 "수질 개선에의 활용뿐 아니라 탄소섬유가 가진 고전도성 특성을 활용해 배터리·센서 소재로서의 활용도 기대할 수 있다"고 밝혔다.

공동교신저자인 김양수 KBSI 부원장은 "이번 연구성과는 각 지역센터 간에 특화된 연구영역을 서로 연계한 융합연구의 결과물"이라며 "탄소소재 연구에 특화된 전주센터와 표면 분석에 특화된 부산센터가 보유한 분석 장비들과 연구 노하우가 시너지를 창출해 빠르고도 정확한 분석과 성과도출로 이어졌다"고 말했다.

한편 KBSI는 1988년에 설립된 정부출연연구기관으로 국가과학기술 발전의 기반이 되는 기초과학 진흥을 위한 연구시설장비 및 분석과학기술 관련 연구개발, 연구지원 및 공동연구를 수행하고 있다.

임효인 기자