'초미세먼지 제거'…"고기능성 나노 섬유 기반 필터 개발"

머니투데이

대전=허재구 기자

한국생명공학연구원은 (재)스마트IT융합시스템연구단(CISS), 전남대 고분자융합소재공학부 등과 공동연구를 통해 초미세먼지(PM2.5)를 포집할 수 있는 '고기능성 나노 섬유 기반 초미세먼지 필터' 개발했다고 29일 밝혔다.

현재 상용되고 있는 미세먼지 헤파필터는 수십 마이크로미터 크기의 섬유를 기반으로 하는 필터링 방식이다. 압력 손실이 높아 공기를 정화하는데 필요한 송풍장치의 전력 소모량이 크고 소음 및 진동 등이 발생하는 단점이 있다.

기능성 나노 섬유 기반 초미세먼지 (PM2.5) 필터 제조 모식도./자료제공=한국생명공학연구원

이런 문제를 해결하기 위해 연구팀은 반응성 이온 에칭 공정 기술(RIE)을 전기방사 된 고분자 나노 섬유 소재에 적용, 섬유의 두께를 현저히 줄였다. 또 주입된 산소 가스를 통해 미세먼지가 더 잘 붙도록 화학적 표면 처리를 해 미세먼지 집진 효율도 높였다.

연구진은 화학적인 작용기(활성 그룹)가 도입된 극미세 나노 섬유로 여과집진 방식의 주요 메카니즘인 필터섬유에 대한 입자의 충돌(impaction)과 간섭(Interception), 확산(Diffusion)을 극대화 했다.

여기에 밀도범함수이론(DFT)을 이용, 표면 작용기와 미세먼지와의 분자간 상호작용 에너지를 계산해 미세먼지 흡착시 최적화된 화학 작용기(활성 그룹)도 밝혀냈다.

연구진은 이 기술을 차량용 공기청정기로 활용한 실험을 통해 낮은 소비전력으로도 약 70μg/m3의 농도(PM2.5 기준 WHO 일평균 권고기준의 2.5배)로 오염된 자동차 실내를 16분만에 효과적으로 정화할 수 있다고 설명했다.

권오석 한국생명공학연구원 선임연구원은 "이 기술은 미세먼지 필터 뿐만 아니라 고효율 이차전지필터, 더 나아가 특수 의료용 섬유 소재 등 다양한 분야로 확장될 수 있을 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구 결과는 화학 공학 분야의 세계적인 학술지인 '케미컬 엔지니어링 저널' 온라인판에 3월17일자로 게재됐다.