금속·유기 복합체의 구조별 CO2 흡착량 규명을 통해 분리막 개발의 “지름길” 제공

- 미국 화학회가 출판하는 세계적 국제학술지 “JACS”게재 -

      ㅁ 미래창조과학부(장관 최문기)는 차세대 흡착물질로 알려진 금속·유기 복합체 MOF의 일종인 ZIF-7 입자의 독특한 이산화탄소 흡착 성질을 세계 최초로 규명함으로써 향후 이산화탄소 분리에 효과적인 ZIF-7 분리막의 제작이 가능해졌다고 발표했다.

     ○ (재)한국이산화탄소포집및처리연구개발센터(센터장 박상도)의 지원을 받아 고려대학교 최정규 교수팀이 수행한 이번 연구는 화학분야 최고의 학술지인 ‘저널 오브 아메리칸 케미컬 소사이어티(Journal of the American Chemical Society, JACS)’ 6월 4일자 136호에 게재되었다.

     * 논문명 : Thermal Structural Transitions and Carbon Dioxide Adsorption Properties of Zeolitic Imidazolate Framework-7 (ZIF-7) 

     □ 동 연구는 ZIF-7 입자의 열처리에 의한 구조 변화와 이산화탄소의 흡착 능력과의 상관관계를 도출함으로써 어떤 형태나 크기의 ZIF-7 입자로 형성되었을 때 이산화탄소 흡착 능력을 극대화할 수 있는 지를세계 최초로 규명한 것이다.

     ○ 이는 마치 네비게이션을 사용하여 원하는 최소 경로를 확보하듯이, ZIF-7을 이용하여 효과적으로 이산화탄소를 분리할 수 있는 분리막을 개발·제작하는 데 필요한 필수 가이드라인을 최초로 제시했다는데 큰 의의가 있다.

     ○ 기존에는 ZIF-7의 이산화탄소 흡착특성을 파악하지 못한 상태에서 trial-and-error의 무작위 방식을 통해 제작하다보니 높은 성능을 지닌 분리막 제작에 한계점이 존재했다.

     □  이번 성과를 통해상압, 실온 조건에서도 원하는 이산화탄소 흡착능력을 지닌 ZIF-7 입자를 손쉽게 합성할 수 있는 조건이 제시됨에 따라 분리막 개발의 효율성을 극대화 할 것으로 기대된다.

    ※ 기존 무기 분리막의 경우, 연속적인 분리막을 제작하기 위해서는 일반적으로 높은 압력과 온도의 합성 조건이 필요

     ○ 분리막 포집기술은, 타 방식에 비해 포집설비 규모를 혁신적으로 축소할 수 있다는 장점이 있어 경제적인 포집 기술로 평가되고 있으나 아직까지는 전세계적으로기술개발 단계상 초기단계이다.

     ○ 이에 본 성과와 같이 분리막 제작의 원천 기술력 확보는분리막포집기술의 상용화를 더욱 가속화할 수 있을 것으로 기대된다.

    ※ 글로벌워터 인텔리전스에 따르면 2016년 분리막 시장이 37조원까지 확대될 것으로 전망되고 있어 해당 성과가 CO2등 다양한 기체 분리 및 수처리에 적용될 경우 수조원의 매출이 기대된다.

     ○ 이번 연구 결과를 ZIF-7 물질 외에도 다양한 공극 크기를 지닌 다른 ZIF 물질에 적용할 경우 물, 이산화탄소, 탄화수소등의 다양한 물질 분리에 적합한 맞춤형 분리막 개발이 훨씬 용이해질 것이다.

     □ 박상도 센터장은 “젊은 연구자의 패기와 열정으로 짧은 시간 내에 좋은 연구 성과가 도출되어 기쁘다” 면서 “새로운 소재와 기술을 찾으려는 연구 활동에 더불어 기존의 기술적 한계를 혁신적으로 돌파할 수 있는 실질적 이용 가능한 기술 개발도 매우 중요하다”고 말했다.