화공생명공학과 안희성 연구원 (박사과정) · 남기진 연구원 (석박통합과정) (지도교수: 이종석), 

우수한 프로필렌/프로판 분리성능을 지닌 초미세 나노소재 분리막 개발

▲ (왼쪽부터) 안희성 연구원 (박사과정, 1저자), 남기진 연구원 (석박통합과정, 공동저자), 이종석 교수 (교신저자)

<그림 1.> 아민 조절제에 의해 구조 결함 제어된 AZIF8 입자의 모식도, (2) 주사전자현미경 사진, (3) 기공 제한 직경 (Pore Limiting Diameter, PLD) 분포도, (4) 개발 초미세 나노 소재 분리막의 프로필렌/프로판 분리성능.

 

이종석 교수 연구팀의 안희성 학생 (박사과정, 1저자)과 남기진 학생 (석박통합과정, 공동저자)은 머리카락 평균 두께의 500만분의 1에 해당하는 아주 미세한 분자 크기 차이를 지닌 프로필렌/프로판 분리를 위하여 징크 금속이온에 2-틸이미다졸과 알킬 아민 유기리간드가 배위 결합된 신규 결정성 나노입자를 개발하였다.

연구팀이 개발한 결함 구조 제어를 통한 신규 나노입자 합성 방법은 높은 수득률로 균일한 크기 (50 – 60 ㎚) 나노입자의 대량 합성을 가능케 하였다. 또한, 개발된 나노입자는 분산성 및 고분자와의 친밀성이 획기적으로 향상되어 고농도 (50 wt%)로 고분자와 혼합한 하이브리드 분리막 제조가 가능하였고, 결정성 나노입자의 기공구조가 정교하게 제어되어 세계 최고 수준의 프로필렌/프로판 분리성능을 달성하였다. 이와 함께, 대만국립대의 Dun-Yen Kang 교수 연구팀과 오하이오주립대의 Li-Chiang Lin 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 개발된 다공성 나노입자의 구조 및 고분자와의 친밀성 향상을 시뮬레이션으로 규명할 수 있었다.

연구팀이 개발한 하이브리드 소재를 대면적화에 성공하여 실용화한다면, 올레핀 생산을 위한 Naphtha-Cracking-Center (NCC) 공정과 함께 운영하며 기존 고압의 저온증류 분리공정에서 발생하는 에너지 소모량을 10배 이상 획기적으로 절감할 수 있을 것으로 기대한다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업과 C1 리파이너리사업의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 재료물리 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈’ 8월 26일자로 게재됐다. (DOI: 10.1002/adfm.202105577)

연구실 홈페이지: https://gsslab.sogang.ac.kr/

논문제목: Facile Defect Engineering of Zeolitic Imidazolate Frameworks towards Enhanced C₃H₆/C₃H₈ Separation Performance

논문링크: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202105577