‘처치 곤란’ 황(S) 폐기물 활용방법 찾았다

KIST, 황 이용한 그래핀 제조기술 개발
박순주 기자 | eco@ecomedia.co.kr | 입력 2019-11-11 09:37:38
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▲ KIST 연구진이 개발한 황 폐기물을 이용하여 만든 그래핀 제작 및 활용 모식도. 이 그래핀은 중금속(수은)을

흡착하고, 복합소재의 강도 및 가스차단성을 향상시킨다. <자료=KIST> 

[환경미디어=박순주 기자] 최근 전 세계적으로 석유 정제과정에서 발생하는 대량의 황(S) 폐기물이 환경 문제로 떠오르고 있다.

원유에 남아있는 황은 산소와 결합해 황산화물을 발생시키고 대기 중의 수분과 결합하여 산성비 등 다양한 환경 문제의 원인이 되고 있다.

또한 세계적으로 황 생산량 중 상당량이 폐기물로 축적되고 있으며, 현재까지 마땅히 처리할 수 있는 방법이 없는 상황이다.

이와 관련, 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 탄소융합소재연구센터 유남호 박사팀은 10일 황(S)을 포함(도핑)한 그래핀을 제조하는 공정을 개발했다고 전했다.

개발된 황을 포함한 그래핀은 수은을 포함한 중금속 흡착이 가능하고, 복합 소재의 강도와 가스 차단성이 향상됐다.

또 사용된 황은 다시 회수해 재사용이 가능하다. 연구진은 “향후 폐기 시 환경오염을 유발하는 황 폐기물을 이용할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

현재 국내의 경우 대부분의 황 폐기물을 처리할 방법이 없어 중국에 수출하고 있다. 하지만 중국의 산업 고도화로 인해 수출량이 줄어들 것으로 예측됨에 따라 황을 활용할 수 있는 다양한 신소재의 개발을 시도하고 있지만, 현재 가시적인 성과가 나오고 있지 않은 상황이다.

꿈의 소재라 불리는 그래핀은 흑연을 산화시킨 후 다시 환원시켜 제조할 수 있다. 이때 환원을 돕는 환원제가 필요한데, KIST 연구진은 150도 이상의 온도에서 녹은 황이 효과적인 환원제 역할을 할 수 있다는 점을 이용했다.

황을 환원제로 사용함으로써 별도의 환원제 없이 그래핀을 제조할 수 있었다. 또한 그래핀을 제조하고 남은 황은 재사용이 가능하고, 다시 회수할 수 있었다.

▲ <자료=KIST>
KIST 연구진이 제조한 그래핀은 중금속을 흡착하는 능력이 뛰어나고 유기용매에서 분산성이 뛰어나다.

수용액 내에서 수은 이온을 94% 이상 흡착하여 제거할 수 있고 복합소재 제조 시 기존 소재보다 150% 이상 강도가 향상되었으며 복합소재의 가스 차단성 또한 95% 이상 향상됐다.

이번에 황으로 개발한 그래핀은 수은을 포함하는 중금속 제거용 필터, 자동차 및 항공용 부품 소재, 전자기기 부품 그리고 에너지 저장용 배터리 제품을 개발하는데 응용 가능하다.

유남호 KIST 박사는 “이번 연구결과는 황을 유용하게 활용할 수 있는 새로운 방법을 제시할 뿐만 아니라 황이 가지고 있는 고유한 특성을 이용해 고부가가치의 새로운 그래핀 소재를 제조하는 방법을 제시하고, 동시에 복합소재 및 필터 그리고 에너지 저장 관련 응용이 가능하고 파급효과가 큰 기술이 될 것으로 기대된다”고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원을 받아 KIST의 주요사업과 한국연구재단 나노소재기술개발사업 및 우주핵심기술개발사업으로 수행됐다.

이번 연구결과는 소재 분야 유명 국제 저널인 ‘Composites Part B : Engineering’ (IF: 6.86, JCR 분야 상위 2.00%) 최신호에 게재됐다.

한편, 그래핀은 자연 공물인 흑연의 표면을 한 겹만 떼어낸 탄소 나노물질로 탄소 원자가 6각형 벌집 모양으로 연결된 판상 형태의 물질이다.

실리콘에 비해 100배 빠른 전자 이동도, 97.7%에 달하는 높은 투명도 및 우수한 기계적, 물리적, 화학적 특성들을 보여 ‘꿈의 신소재’라 불린다.

우수한 전기적 기계적 특성으로 인해 최근 여러 산업 분야에서 주목을 받고 있는 차세대 소재로 주목을 받고 있기도 하다.

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