[한국기술뉴스] 경희대학교 화학공학과 이용택 교수 연구팀은 우수한 수투과도와 내오염성을 가진 고기능성 중공사막을 개발했다. 개발된 기술은 경희대학교 산학협력단을 통해 2016년 02월 26일 특허를 출원(출원번호 제1020160023424호)했다. 특허 명칭은 '고기능성 중공사막의 제조방법’이다. 현재 특허 등록이 완료돼 산업에서 기술을 활용할 수 있도록 기술이전을 추진할 계획이다.

[기자]

폴리불화비닐리덴계 수지는 각종 산, 알칼리 물질에 대한 내화학성과 내열성, 기계적 강도 및 전기적 특성이 우수하여 수처리, 화학, 전자 등의 분야에서 폭넓게 이용되고 있습니다. 특히, 폴리불화비닐리덴계 수지는 결정 영역과 비결정 영역이 혼재하는 구조로 이루어져 있어, 타 고분자와의 혼화성 및 기계적 강도가 우수해 중공사막의 소재로 주로 사용되고 있습니다. 폴리불화비닐리덴계 중공사막은 비표면적이 넓어 투과유량이 높고, 내오염성이 우수하여 오수, 폐수, 정수 등의 수처리용으로 활용도가 높습니다.

그러나 폴리불화비닐리덴계 중공사막은 소수성을 띠므로 수처리 과정에서 강한 소수성을 띠는 유기물질, 박테리아 등으로 인한 오염이 불가피하게 발생하는 문제가 있습니다. 이는 투과유량과 막 성능 저하를 유발하며 교체 주기를 단축시켜 경제적 손실을 초래할 수 있습니다.

경희대학교 이용택 교수 연구팀은 친수성 고분자 물질을 물리적으로 중공사막에 표면 개질하여 공정에 적용이 용이하며 수투과도 및 내오염성이 우수한 중공사막 제조 방법을 발명하였습니다.

불소계 중공사막을 가교제 용액에 침지시켜 프리코팅합니다. 이후 폴리비닐알코올 용액에 침지하고 연신 및 초음파 인가를 통해 폴리비닐알코올과 가교 결합을 형성하면서 멤브레인의 결정화도를 증가시켜 중공사막의 인장강도 향상효과를 얻었습니다.

즉, 가교제를 프리코팅함으로써 중공사막 세그먼트에 대한 폴리비닐알코올의 부착력을 향상시킬 수 있습니다. 또한 폴리비닐알코올이 중공사막 내에서 균일하게 분산될 수 있습니다. 이를 통해 중공사막의 인장강도를 향상시킴으로써 기계적 강도를 높일 수 있습니다.

연구팀은 본 발명에서 나아가 불소계 중공사막에 코어-쉘 나노입자를 코팅하는 방법을 발명하였습니다. 중공사막을 연신함과 동시에 폴리비닐알코올 및 금속 나노입자를 코팅하여 수투과도 및 내오염성뿐만 아니라 항균성 또한 향상시킬 수 있습니다. 금속 입자가 코팅된 중공사막을 수처리 공정에 사용하면 코어-쉘 나노입자로부터 금속 이온이 용출되어 중공사막을 투과하는 물에 분산됨으로 유기물질, 박테리아 등의 제거 및 막 표면에 생물막 형성 억제 작용을 할 수 있습니다.

본 발명의 고기능성 중공사막을 통해 기존 정수처리 공정의 처리 한계를 개선하고 유기물질, 박테리아 등의 침투를 억제하여 수질을 더욱 효과적으로 개선할 수 있을 것으로 기대됩니다.