물을 싫어하거나 밀어내는 ‘발수성’을 활용해 물과 기름을 분리하고, 여기에 ‘불소’를 첨가해 알코올과 기름을 추가로 분리하는 물질을 한국과학기술연구원(KIST) 연구진이 개발했다.

KIST는 다원물질융합연구소 문명운 박사 연구팀이 기존 제품보다 강력한 초발수성을 가진 탄소입자 스펀지 구조체를 만들고, 이 구조체에 불소를 입혀 물이나 알코올 등 특정 성분을 기름에서 분리하는 기능을 추가로 개발했다고 26일 밝혔다.

이 기술은 최근 중요한 에너지 자원으로 부상한 바이오디젤을 만드는 과정에서 기름과 알코올을 분리하는 필수 공정에 적용할 수 있다.

또 저온(상온)에서 쉽게 만들 수 있기 때문에 대량생산이 쉽고 종이, 플라스틱, 금속 표면 등에 직접 코팅해 다양하게 응용할 수 있다.

수성 초발수성 물질은 제작 공정이 복잡하고 기능 유지가 어려웠다. 복잡한 고온 공정으로 구조를 형성한 뒤 그 위에 왁스 등 물질을 코팅하는 2단계 공정을 거쳐야 했고, 이렇게 제조한 물질은 시간이 지나면 초발수성이 약해졌다.

연구팀은 상온에서 플라즈마 장착 방법으로 탄소 나노입자를 차곡차곡 쌓는 형식으로 3차원 탄소 구조체를 구현했다. 이 구조체는 물을 강하게 밀어내는 성질을 지닌 탄소 나노입자로 구성돼 표면뿐 아니라 구조체 내부까지 초발수성을 갖는다.

이 구조체는 물보다 표면에너지가 낮은 기름 등을 쉽게 흡수하는 특성이 있어서 물에서 기름을 분리하는 데 효과적이다.

연구팀은 이 구조체를 형성하는 과정에서 불소 성분이 있는 탄화불소(CF₄)를 표면과 내부에 도핑하면 기름에서 알코올을 쉽게 분리할 수 있다는 것을 알아냈다.

이 연구성과는 온라인으로 발행하는 네이처 자매지인 사이언티픽 리포트 (Scientific Reports) 8월29일자 논문으로 발표됐다.