이날 김동표 포스텍(POSTECH) 미세유체응용화학연구단 교수 연구팀은 모든 액체에 젖지 않는 양쪽 초소수성 특수 분리기를 장착한 밀봉화학 반응시스템을 개발했다고 밝혔다.

이번 연구로 유독물질의 생산부터 분해·배출 등 일련의 전 과정에서 유출가능성을 완전 차단한 안전화학 공정을 수행할 수 있게 됐다.

최근 대학연구실, 화학공장 및 산업현장에서 고위험 유독성 화학약품 관련 안전사고가 빈번히 발생하고 있다. 유독성 물질의 안전성을 높일 수 있는 새로운 방안이 시급한 실정이다.

 
<밀봉화학반응 시스템 및 이를 이용한 안전한 CMME 화학공정의 개요>
연구팀은 어떤 액체에도 젖지 않는 양쪽 초소수성 나노와이어 특수 분리기를 개발했다. 고위험 화학물질을 생산하고 분리·정제해 응용한 다음 잔유물질의 분해 배출까지 일련의 전 과정을 미세한 파이프 라인을 따라 수행하는 밀봉화학반응 시스템을 개발했다.

휘발성이 높은 유독혼합물을 분리·정제할 때 외부노출이 완전 차단된 일괄공정 방식이 이상적이나, 기존 분리방식은 노출 위험성이 크다.

가령 발암성 클로로메틸메틸에테르(CMME)는 휘발성이 크기 때문에 취급 시 외부 누출사고 발생 가능성이 높다.

 
<기존공정 대비 밀봉화학반응시스템 비교>

연구팀은 불안정한 기존의 증류 분리방식으로 인해 생기는 문제점을 극복하기 위해 실리콘 나노와이어의 초소수성을 이용한 특수 분리기를 개발해 유독성 기체물질을 효과적으로 분리하는데 성공했다.

그 결과 원료주입에 의한 유독성 물질의 생산부터, 분리, 응용 및 분해에 이르는 전 과정을 밀봉된 파이프 라인에서 수행할 수 있게 됐다. 외부노출 가능성을 완전 차단한 것이다. 뿐만 아니라 공정과정 내 효율성도 높아지면서 공정시간도 단축했다.

2차 전지용 멤브레인 성능은 음이온 교환 수지의 클로로메틸화 정도에 의해 크게 좌우되는데 기존 공정에 비해 밀봉화학반응 시스템에서는 공정시간은 4분의 1수준으로 단축했다. 클로로메틸화 수율은 약 12% 향상시켰다.

김동표 교수는 “안전사고가 빈번한 맹독성 중간 화학원료를 안전하면서도 높은 효율로 생산할 수 있는 환경친화적 신화학공장 모델 확립 가능성을 보여 준 연구”라며 “산업체에서 연소혼합물 내 휘발성 물질을 분리 응용하는데 있어서 지속가능형 그린 화학공정 및 시스템으로 활용할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구성과는 최근 세계적 권위의 학술지 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)에 게재됐다. 연구는 한국연구재단(이사장 정민근)은 미래창조과학부 리더연구자지원사업(창의적 연구)의 지원을 받아 이뤄졌다.