상명대 강상욱 교수팀, 친환경 셀룰로오스로 고성능 다공성 분리막 개발

▲비용매 유도 상분리(NIPS)를 통한 다공성 CA/HEC 분리막 제조 과정. (제공=상명대)

상명대는 화학에너지공학과 강상욱 교수 연구팀이 친환경 셀룰로오스 유래 고분자를 활용해 기공 구조의 균일성과 기체 투과 성능을 높인 다공성 분리막 제조 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

고분자 분리막은 내부의 미세한 기공을 통해 기체나 액체를 통과시키는 소재로, 수처리와 기체 분리, 에너지 분야 등에 활용된다. 그러나 기존 셀룰로오스 아세테이트(CA) 분리막은 제조 과정에서 크고 불규칙한 기공이 형성돼 물질 이동 효율이 떨어지는 한계가 있었다.

연구팀은 이를 개선하기 위해 친수성이 높은 하이드록시에틸셀룰로오스(HEC)를 CA에 소량 첨가했다. 이를 통해 분리막 내부에 균일하고 서로 연결된 기공 구조를 형성하는 데 성공했다.

실험 결과 분리막의 기공률은 기존 77.3%에서 87.3%로 높아졌다. 질소 기체 100cc가 분리막을 통과하는 데 걸리는 시간은 120.1초에서 72.6초로 약 40% 단축됐다. 이산화탄소의 투과 성능도 개선됐다. 높은 기공률에도 배터리용 소재로 활용할 수 있는 수준의 열적·화학적 안정성을 유지했다.

연구팀은 이번 기술이 배터리 분리막과 수처리, 기체 투과 소재 등 환경·에너지 분야의 기능성 고분자막 개발에 활용될 것으로 기대하고 있다.

강 교수는 "이번 연구에서는 기공의 양뿐 아니라 기공이 얼마나 균일하고 효과적으로 연결돼 있는지가 중요하다는 사실을 확인했다"며 "친환경 셀룰로오스 유래 고분자를 소량 첨가하는 것만으로 기공 구조를 조절할 수 있다는 점에서 의미가 크다"고 설명했다.