최근 몇 년간, 공업 오일이 함유된 폐수의 배출과 석유유출사건(oil spill)이 빈번하게 발생함에 따라 오일과 물의 분리는 전세계에서 직면한 연구도전 분야가 되었다. 비교적 큰 세공용적(pore volume), 비교적 우수한 유연성 및 저렴한 원가와 쉽게 얻을 수 있는 특성을 가지고 있는 다공재료(예를 들면, 스펀지, 직물과 금속 wire mesh 등)는 오일과 물을 분리하는 가장 이상적인 재료이다. 그러나 이러한 재료는 오일을 흡수할 뿐만 아니라 물까지 흡수한다. 이 문제를 해결하기 위해 많은 연구자들은 화학기상증착법(chemical vapor deposition), 전기방사법(electrospinning), 적층법(lamination method), 상분리(phase separation) 등 방법으로 재료 표면의 구저와 성분을 변화시켰고 따라서 다공재료에 물과 오일의 서로 반대되는 젖음(wet) 특성을 부여하였다. 그러나 이러한 기술은 모두 일정한 결함(예를 들면, 제조과정이 복잡하고 어렵고 재료 기질이 제한되어 있으며 선택성이 낮으며 반복사용이 불가능한 등)이 존재하였다. 그러므로 범용성이 감하고 간단한 오일과 물을 분리할 수 있는 재료를 제조하는 방법을 발전시키는 것은 현재에서 급히 해결해야 할 문제이다.

중국과학원 란주(Lanzhou city) 화학물리연구소 선진윤활과 방어보호재료연구센터 복합윤활재료팀은 일종의 간편하고 고효율적이며 범용성이 강한 오일과 물을 분리하는 재료의 제조방법을 발전시켰다.

연구자는 3가지 전형적인 다공재료(예를 들면, 구리 wire mesh, 직물과 스폰지 등)를 폴리플루오린왁스(poly fluorine wax)-소수성 실리카용액에 침투시켜 표면 구조와 성분을 개변하여 이런 재료의 초소수성 특성을 부여하였다. 이를 오일과 물의 분리실험에 사용한 결과, 물은 쉽게 재료표면에서 굴러 떨어지지만 기능성 액체[예를 들면, 세탄(cetane)]는 완전히 재료표면에 남아있었다. 초소수성 구리 wire mesh와 직물은 분리막으로서 오일과 물의 혼합물을 효과적으로 분리시킬 수 있었다. 초소수성 스펀지는 오일 흡수제로서 오일과 물의 혼합물에서 오일만을 선택적으로 흡수하였다. 그리고 이러한 기능성 재료는 10회 반복적으로 사용한 후 계속 비교적 높은 분리효과를 유지할 수 있었다.

다른 방법에 비해 이 방법은 간단하고 범용성이 강하며 특수한 젖음 특성에 근거하여 표면 구조와 성분을 간단하게 개질할 수 있어 기질의 적용범위가 넓고 원가가 저렴하며 오일과 물의 분리재료로서 대규모 응용을 추진할 전망이 있다.

이 연구는 (중국)국가자연과학기금의 지원을 받았다. 관련된 연구성과는 최근에 출판한 Journal of Colloid and Interface Science(432(2014) 105-108)에 발표되었다.

그림 1: 초소수성 직물과 초소수성 구리 wire mesh의 오일과 물의 분리
그림 2: 초소수성 스펀지를 사용하여 물 표면을 분리시킨 세탄 박막

 

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 2월 16일]