| 중국 고효율 오일-물 연속 분리에 성공 | ||
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 중국과학원 화학연구소 유기고체연구원 중점실험실과 청화대학, 북경대학이 협력하여 고효율 오일-물 연속 분리에 성공했다. 이 성과는 최신호 「Nature communications」지 (Nat. Commun 4:2276 doi: 10.1038/ncomms3276 2013)에 실렸다. 환경보호와 석유공업분야에서는 효율적인 오일-물 분리기술이 필요하다. 특히 최근에 고갈 유전의 석유재개발, 석유채굴 중의 3차 채유, 석유 누출사고 처리, 오일함유 폐수 정화를 비롯한 사고빈발과 공업발전으로 그 수요가 시급해졌다. 실제응용에서 오일-물 혼합물 중의 오일상은 미세 기름방울(10μm미만)의 형태로 존재하지만 일반적인 오일-물 분리기술은 연속적인 고효율 분리가 힘들다. 한 예로 산업용 흡착제법은 흡착이후의 탈착을 실현하기 힘들고 흡착한 오일을 순환사용하기도 힘들며 추가물질 첨가로 인해 새로운 오염을 유발할 가능성이 있다. 연구자들은 자연계의 생물특성에 대한 연구과정에서 선인장 가시가 안개 기류에서 연속적으로 집수할 수 있고 가시표면에 모인 물방울은 그 표면구조에 의해 가시의 근부로 구동되는(능동적으로 이동) 현상을 발견하였다. 이러한 현상으로부터 안개속의 물방울과 오일-물 혼합물중의 기름방울은 흡사하기 때문에 만일 선인장 가시구조와 같이 설계하면 오일-물 분리에서 “수집하는 한편 구동하는” 스마트한 순환모델을 실현할 수 있다는 아이디어를 얻었다. 이로부터 연구진은 물 속에 친유성 재료를 원추형의 바늘끝 모양으로 제조하였고 또 선인장 가시를 모방하여 그 표면의 마이크로-나노 복합 거친 구조를 만들었다. 이를 미세한 기름방울을 함유한 오일-물 혼합물 용액에 넣어 관찰하였다. 재료 자체가 소수성 친유성 특성을 띠기 때문에 오일-물 혼합물이 원추모양의 바늘끝을 흐를 때에 혼합물 중의 미세한 기름방울이 바늘 끝 부위에 흡착된 다음 천천히 큰 기름방울을 형성한다. 원추형 바늘끝 표면의 기름방울은 곡률이 다르기 때문에 라플라스 압력차(Laplace pressure difference)의 힘을 받아 원추형 근부를 향하는 구동력에 의해 바늘끝에 수집된 기름방울이 갈수록 커진다. 기름방울은 구동력을 받아 원추형 근부로 이동하여 저장되며, 바늘끝부위가 노출되면 또 다시 기름방울이 자발적으로 수집되기 때문에 연속적인 오일-물 분리가 가능하다. 이러한 연속적인 순환분리기술은 일종의 스마트한 신형의 기름방울 수집방식으로, 이러한 기능을 지닌 바늘끝을 모방하여 대면적의 어레이로 만들면 연속적인 고효율 오일-물 분리가 가능하며, 분리효율은 99%이상에 달한다. 이 기술은 전통적인 분리방법으로는 실현하기 힘든 고 투과성, 환경친화성, 내부식성 등 특성을 지닌다. 이 연구는 신형의 오일-물 분리방법 설계를 위해 새로운 아이디어를 제공하였고 세계적으로 환경, 석유공업 발전에 중요한 의미를 지닌다. 정보출처 : http://www.cas.cn/syxtp/201309/t20130906_3926891.shtml |
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