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

 

 

  

 

(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-메틸이미다졸과 알킬 아민 유기리간드가 배위 결합된 신규 결정성 나노입자를 개발하였다.

 

연구팀이 개발한 결함 구조 제어를 통한 신규 나노입자 합성 방법은 높은 수득률로 균일한 크기 (50 - 60nm) 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 지원을 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