서강대학교 화공생명공학과 이종석 교수 연구팀,

고온, 유기용매 없이 희소금속 회수하는 중공섬유 MOF 흡착제 기술 개발

▲ (좌측부터) 서강대학교 화공생명공학과 이종석 교수, 이호준 박사과정, 이철 석사과정

   서강대학교 화공생명공학과 이종석 교수 연구팀(제1저자: 이호준 박사과정, 이철 석사과정)은 ‘MOF-808’이라는 금속유기골격체(MOF)를 중공섬유 구조 안쪽에만 선택적으로 성장시켜, 금속을 효과적으로 흡착할 수 있는 섬유형 복합 소재를 개발했다.

배터리와 전자제품 제조가 늘어나면서, 공장에서 나오는 폐수 속에는 니켈(Ni), 코발트(Co), 납(Pb)과 같은 희소금속이 포함되는 경우가 많다. 이러한 금속은 인체에 유해할 뿐 아니라, 회수하면 자원으로 다시 활용할 수 있어 환경과 자원 측면 모두에서 주목받고 있다. 그동안 사용된 흡착제는 대부분 분말 형태로, 실제 산업현장에서 쓰기엔 회수나 재사용이 까다롭고 에너지도 많이 들었다. 이를 개선하기 위해 최근에는 ‘섬유형 흡착제’가 주목받고 있지만, 금속 흡착 성능이 떨어지거나 구조가 쉽게 망가지는 단점이 있다. 이에 따라 효율적이고 실용적인 새로운 흡착제 설계 기술이 요구되고 있다.

▲ 산업폐액 내 다양한 금속 이온 흡착 가능한 중공섬유 복합체 모식도

기존에는 MOF를 만들기 위해 고온 처리나 유기용매가 필요했지만, 이번 연구에서는 상온의 수용액 조건만으로도 균일한 결정 성장을 유도하는 방법을 구현했다. 핵심은 섬유 재료인 폴리아크릴로니트릴(PAN)을 화학적으로 처리하여 MOF가 잘 붙을 수 있는 반응성 표면을 만들고, 이 안쪽에만 MOF가 자라도록 설계한 것이다.

이 소재는 금속이온과 잘 결합하는 EDTA 기능기까지 추가해, 납(Pb²⁺), 니켈(Ni²⁺), 코발트(Co²⁺) 이온에 대해 매우 높은 흡착 성능을 보여주었다. 또한, 수 차례의 세척과 재사용에도 구조가 망가지지 않는 높은 안정성을 확인했다. 본 성과는 재료과학 분야 국제 저명 학술지인 ‘Advanced Science’ 저널에 ‘Scalable Hollow Fiber Adsorbents for Metal Ion Recovery via Selective In-Pore MOF-808 Growth under Aqueous Conditions’ 제목으로 지난 11월 7일 온라인 게재되었다. 이번 연구는 한국연구재단(NRF), 한국에너지기술평가원(KETEP), 과학기술정보통신부(MSIT)의 지원을 받아 수행되었다.