일본 시바우라 공업대학(http://www.shibaura-it.ac.jp, Shibaura INSTITUTE OF TECHNOLOGY)의 응용화학과에서는 산을 포함한 수용액을 분리할 수 있는 세계 최고 수준의 처리 능력을 가진 실리카 역삼투막을 개발했다.

현재, 해수의 담수화, 고순도의 공업용수 생산 등에 이용되고 있는 "역삼투압법"에 이용하는 분리막은 산 등의 부식성이 강한 액체의 분리에 대해서는 성능을 유지할 수 없었다. 이번에 시바우라 공업대학에서 개발한 분리막은 내산성이며, 가혹한 환경의 분리 시스템에 적용이 가능한다.

일례로 화학 공업 제품의 중요한 원료 중 하나인 초산 분리 공정은 물과 초산을 증발시킴으로써 엄청난 에너지를 필요로 하고 있는데, 이 공정상에 역삼투막을 이용한 산 분리막을 도입하면, 대폭적인 에너지 비용 삭감의 실현이 가능하다.

또한, 다른 중금속을 포함한 폐수 처리용 분리막 등의 응용도 검토할 수 있는 등 새로운 분리 기술의 한 방편으로서 널리 활용될 것으로 기대된다.

연구팀은 본 기술로 특허를 출원 중이며, 향후에는 내산성의 추가적인 향상을 목표로 하고 있다.

그 동안 무기계의 역삼투막은 제올라이트 및 실리카를 이용한 것이 개발되어 왔지만, 염화 나트륨, 에탄올 등 중성 수용액의 분리에 대한 보고밖에는 없었다. 이번에 연구팀은 페닐기를 가진 원료(디페닐 디메톡시 실란)를 약 300℃에서 증발시켜, 화학 반응을 시켜 균일한 얇은 막을 만드는 화학 증착법이라는 새로운 방법으로, 산 분리용 실리카 역삼투막의 제작에 성공했다. 원료로 유기물인 페닐기를 도입함으로써 다공의 크기를 제어해 효율적인 분리가 가능하다. 또한, 이번에 개발한 막은 산 저지율 192%, 전 투과 유속 5.7kgm-2h-1이라는 세계 최고 수준의 처리 능력을 나타내게 되었다.(산 저지율:100%는 수용액에서 물만을 투과하는 상태, 전체 투과 유속 : 막을 투과하는 수량 지표)

세계적으로 생산량 500만톤에 달해 석유 화학 콤비나트의 중요한 중간 생성물의 하나인 초산의 제조 공정에 대해서는 초산 수용액 중에 있는 대량의 물에서 초산만을 분리할 필요가 있다. 현재는 물을 증발시켜 초산을 분리하고 있는데, 물의 증발열이 매우 높아 엄청난 에너지를 소비한다.

그래서, 이번에 연구팀이 개발한 역삼투압 분리를 도입해 초산 수용액에서 물을 증발시키지 않고 분리할 수 있다면, 초산의 제조 프로세스를 근본부터 뒤집을 수 있는 대폭적인 에너지 비용의 절감이 기대된다. 나중에는, 막의 토대가 되는 세라믹이나 중간층의 내산성을 더욱 향상시키는 것을 목표로, 석유 정제의 대폭적인 효율화를 비롯해 안전한 처리가 요구되는 중금속을 포함한 폐수 처리용 분리막 등에서 실용화를 목표로 하고 있다.

 

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 2월 24일]