이정현 교수, 유가금속을 효율적으로 회수하는 고분자 흡착제 개발
유가금속에 대해 높은 흡착성능을 나타내는 고분자 흡착제 개발 이정현 교수팀 연구 결과, Nature Communications 게재
이정현 고려대학교 화공생명공학과 교수 연구팀, 최재우 한국과학기술연구원 박사 연구팀이 유가금속을 효율적으로 회수할 수 있는 고분자 흡착 소재를 개발했다.
금, 팔라듐, 백금 등의 유가금속은 전자제품, 배터리 촉매 등 다양한 산업에서 중요하게 활용되고 있으며, 이로 인해 유가금속 회수 및 재활용 기술에 대한 수요가 높아지고 있다. 그러나 기존의 고분자 기반 흡착제는 유가금속 흡착 성능이 낮아 한계가 있었다. 또한, 환원제를 이용한 유가금속 회수 방법은 유가금속 외의 금속도 함께 회수해 선택적 회수가 어려웠다.
이에 본 연구팀은 하이드라자이드(hydrazide) 기능기를 갖는 별 모양(star-shaped)의 고분자를 합성하여 독립적인 유가금속 흡착제로 활용했다. 이 고분자 흡착제는 강력한 환원력을 가진 하이드라자이드 기능기를 고밀도로 가져 유가금속의 환원을 촉진하고, 유가금속이 흡착된 고분자 침전물을 형성하여, 물리화학적 구조의 시너지 효과를 통해 효과적으로 유가금속을 흡착했다. 또한, 형성된 침전물은 막 여과를 통해 쉽게 분리할 수 있어 유가금속을 효과적으로 회수할 수 있었다.
본 연구에서 개발된 이 고분자 흡착제는 기존의 상업용 고분자나 환원제에 비해 현저히 높은 유가금속 흡착 성능과 흡착 속도를 보였다. 나아가, 실제 유가금속 용출 용액에 대해서도 높은 흡착 성능과 선택성을 나타냄을 검증하였다. 또한, 유가금속이 흡착된 흡착제는 소성을 통해 고순도의 유가금속으로 정제되거나, 염료 분해를 위한 촉매로 직접 사용되거나 혹은 흡착된 유가금속을 탈착한 뒤 재사용이 가능함을 확인하으로써 흡착제의 실용성을 검증했다.
본 연구 결과는 고분자의 물리, 화학적 구조 설계를 통해 배터리 및 전자 폐기물 재활용, 폐촉매 회수, 폐수 처리 등 다양한 산업 분야에서 귀중한 자원 회수 및 유해 물질을 제거할 수 있는 고성능 흡착제 개발의 가능성을 제시하며, 환경 보호와 지속 가능한 발전의 관점에서 다양한 산업 부문에 엄청난 영향을 미칠 것으로 기대된다.
이번 연구 성과는 국제 학술지 Nature Communications (IF=14.7)에 2024년 5월 8일부로 온라인 게재되었다.
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