대구 DGIST 연구팀, 환경오염 없이 미세 플라스틱 제거하는 필터 세계 최초 개발

왼쪽부터 대구 DGIST에너지공학과 이주혁 교수, 이철재 석·박사통합과정생, 한국생산기술연구원 조한철 수석연구원, 박병건 박사과정생이 연구실에서 포즈를 취하고 있다.

플라스틱 사용량이 매년 증가하고 있는 현대 사회에서 최근 환경과 생물에 영향을 미친다고 알려진 미세 플라스틱에 대한 우려도 증가하고 있다. 이들은 거의 생분해되지 않으며 작은 크기로 인해 기존의 불순물들을 분리하던 필터로도 분리하는데 어려움이 존재한다.

이에 대구 DGIST(총장 국양) 에너지공학과 이주혁 교수 연구팀은 한국생산기술연구원(원장 이낙규) 조한철 박사 연구팀과 공동연구로 물속에 존재하는 마이크로~나노 크기의 미세플라스틱 제거가 가능한 친환경 미세플라스틱 제거 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

해당 문제를 해결하기 위해 마찰대전 발전소자(Triboelectric nanogenerator, TENG)에서 발전되는 고전압, 저전류의 출력으로 전기영동법을 실시하여 미세플라스틱을 제거하는 새로운 미세입자 제거 기술을 개발했다.

마찰대전 발전소자의 출력 최적화를 위해 다공성 피라미드 미세구조를 개발하였으며 미세구조가 적용된 마찰대전 발전소자의 출력은 평범한 평면 구조의 마찰대전 발전소자의 출력의 3배 이상을 보여주었고 1만번의 작동 동안 출력의 감소 없이 안정하게 작동되었다.

마찰대전 발전소자의 출력으로 물속에서 전기영동법을 실시해 미세플라스틱인 폴리스티렌 미세입자를 제거한 결과 다공성 미세구조 기반 마찰대전 발전소자의 입자 제거율은 21.4%로 평면 기반 마찰대전 발전소자의 제거율인 3.8% 보다 약 5.6배 높은 제거율을 달성했다.

나아가 이 기술을 통해 제거될 수 있는 입자 종류의 연구를 통해 마이크로 단위의 미세플라스틱뿐만 아니라 나노 단위의 ZnO, SiO2, CdSe/CdZnS 등의 플라스틱이 아닌 다양한 미세 독성 입자들도 제거가 가능함을 확인하였다.

이번 연구는 DGIST 이주혁 교수 연구팀, 한국생산기술연구원 조한철 박사 연구팀 및 성균관대 김상우 교수팀이 공동으로 진행했으며 에너지공학분야의 저명 국제 학술지 중의 하나인 'Nano Energy'에 6월 11일 온라인으로 출판되었고, 학술지에는 9월 중 게재될 예정이다. 또 해당 논문은 DGIST 에너지공학과 이철재 석박통합과정생과 한국생산기술연구원(부산대 기계공학부) 박병건 박사과정생이 1저자로 참여했으며, 과학기술정보통신부 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.

?마찰대전 = 서로 다른 재료를 마찰함으로써 반대 부호의 전하가 기계적으로 나뉘는 것.
?전기영동법 = 전기의 성질을 이용해 유기물질을 분리하는 기법.

박종문기자 kpjm@yeongnam.com

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