경북대학교는 남기호 섬유시스템공학과 교수팀이 고속·대량 생산이 가능하며, 염색과 염료 폐수처리에 특화된 수처리 분리막 원천 기술을 개발했다고 17일 밝혔다.

합성 염료는 섬유, 고무, 화장품, 제약, 식품 가공 등 다양한 산업 분야에서 활용된다. 현재 전 세계적으로 연간 400만 톤에 이르는 염료가 생산되고 있다.

처리되지 않은 난분해성 유해 물질인 합성 염료가 수생 환경에 방출되면, 수질과 토양의 심각한 생태독성 위험을 초래하며 인체에 유입되면 각막 손상, 호흡 곤란, 피부 염증, 중추신경계 장애뿐만 아니라 장기기능 장애 및 암 등을 유발할 수 있다. 특히 대부분의 합성 염료들은 물에 녹기 때문에 수계에서 염료 제거의 중요성이 크게 대두되고 있다.

남기호 경북대 교수(왼쪽)와 섬유시스템공학과 손정민 박사과정생

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연구팀은 레이저 빔을 이용해 황(Sulfur) 함유 고분자 필름 표면을 3차원 다공성 그래핀 층으로 변환하는 기술을 개발했다. 레이저로 유도된 다공성 황 도핑 그래핀 층은 오염물 흡착과 전기화학적 분해 메커니즘을 동시에 적용할 수 있도록 설계됐다.

이 분리막은 대표적인 합성 염료인 메틸렌 블루(Methylene blue)에 대해 강한 화학적 상호작용과 물리적 흡착 성능을 보였으며, 1.5V의 낮은 전압에서도 24시간 내 93% 이상의 염료 제거 효율을 달성했다.

또 단순한 레이저 직접 묘화(Laser direct writing)기술을 통해 원하는 위치에 레이저로 그래핀을 바로 합성할 수 있어 크기 제한 없이 분리막 제작이 가능해 제작 단가와 공정 시간을 절감할 수 있다.


남기호 교수는 “공정이 매우 간단하고 빠르며, 대량 생산이 가능해 상용화 가능성이 높다.”라며, “염색 산업의 환경 부담을 줄이는 것은 물론, 반도체 공정용 정수 시스템, 의료용 정제수 생산 등 고순도 수처리가 필요한 산업 분야로 적용 범위를 확대할 계획이다.”라고 밝혔다.

이번 연구의 교신저자는 남기호 교수, 제1저자는 섬유시스템공학과 손정민 박사과정생이며, 과학기술정보통신부가 지원하는 개인연구사업(우수신진연구)과 나노및소재기술개발사업(소재글로벌영커넥트)의 지원을 받아 수행됐다.

한편, 연구 결과는 '와일리(Wiley)'에서 출간하는 국제학술지 '어드밴스드 엔지니어링 머티리얼스(Advanced Engineering Materials)' 3월호에 게재됐으며, 연구의 중요성을 인정받아 표지논문(Front Cover)으로 선정됐다.

대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com

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