스스로 막힘 뚫는 분리막…기름·물 99.9% 분리

기름과 물을 99.9%의 효율로 분리하면서 스스로 막힘까지 해결하는 '스마트 분리막' 소재 기술이 개발됐다.

중국 후베이대와 우한이공대 공동 연구팀은 외부 자극에 따라 성질이 바뀌며 오염물질을 스스로 분해하는 차세대 분리막 소재의 설계 구조를 제시했다고 1일(현지시간) 밝혔다.

이번에 개발된 소재는 온도, 산성도(pH), 빛, 전기 등 외부 자극에 반응해 표면 특성을 바꿀 수 있는 것이 특징이다. 필요에 따라 기름을 걸러내는 '소유성'과 물을 밀어내는 '소수성'을 오가며 작동 모드를 전환한다.

기존 분리막 기술은 기름 유출 사고나 산업 폐수 처리 과정에서 발생하는 2차 오염, 낮은 효율, 막힘 현상 등이 한계로 지적돼왔다.

특히 연구팀은 소재에 촉매 기능을 더해 '자가 세정' 능력을 구현했다. 소재 표면의 금속 활성 부위가 빛이나 과산화수소 같은 자극을 받으면 활성산소를 생성한다. 이 활성산소는 막에 달라붙은 오염물질을 분해하고, 이때 발생하는 미세 기포가 기름을 물리적으로 떼어낸다.

이 자가 세정 기능 덕분에 막힘 현상을 해결하는 데 걸리는 시간이 기존 4.14분에서 0.93분으로 크게 단축됐다. 이는 분리막 기술의 고질적 문제였던 '막 오염'을 근본적으로 해결할 수 있는 길을 연 것으로 평가된다.

연구팀이 개발한 소재는 다양한 환경에서 높은 성능을 보였다. 산성도에 반응하는 소재는 99.9%의 분리 효율을 기록했으며, 빛에 반응하는 소재는 유기 염료를 분해하는 기능까지 나타냈다. 전기에 반응하는 소재는 15V의 낮은 전압으로 수초 내에 표면 특성 전환을 완료했다.

연구팀은 실제 섬유 공장 폐수에 이 기술을 적용해 99.9%의 기름·물 분리 효율과 97.6%의 염료 제거율을 동시에 달성하며 실용화 가능성을 입증했다. 연구팀은 향후 인공지능(AI)을 접목해 스스로 오염 상태를 감지하고 대응하는 완전 자동화 시스템을 개발할 계획이다.