성균관대 이진기 교수팀, 고점도 비전통 중유 회수법 개발

단일크기 초소형 복합입자 생성 플랫폼 개발 및 응용

▲ 3D 프린팅 다중화 미세유체기기와 기능성 야누스입자를 활용한 수중 오일제거 모식도 (자료=성균관대)

[에너지경제신문 송기우 에디터] 성균관대학교(총장 유지범) 기계공학부 이진기 교수 연구팀(제1저자 신성훈 박사과정)은 고려대학교 김혜정 교수, 프린스턴대학교 송륜근 박사와 공동 연구를 통해 비전통 중유를 회수할 수 있는 자성-양친매성 야누스 입자를 대량 생산할 수 있는 병렬형 복합입자 생성 미세유체기기를 개발했다고 밝혔다.

에너지 사용량의 증가와 전통유의 고갈로 인해 비전통 중유의 개발 규모와 사용량이 커지고 있다. 그러나 비전통 중유는 점도가 매우 높아 수중환경에 유출될 경우 잔류성이 높으며 기존의 방제방식으로 제거하기에는 시간과 비용이 많이 필요해 새로운 방법의 개발이 시급하다.

연구팀은 이 문제를 해결하고자 자성양친매성 입자를 대량생산하여 점도가 매우 높은 비전통 중유를 유화(emulsification)하여 회수하는 방법을 제안하였다. 하지만, 입자의 일정한 크기의 유지, 소수성-친수성 물질의 연속 활용, 그리고 자성입자의 적절한 농도 제어 등 제작공정의 까다로움과 느린 생산 속도, 그리고 사용 후 회수를 통한 재사용 등 다양한 문제가 대두되었다.

이 문제를 해결하기 위해 최근 각광받는 3D프린팅 기법을 활용, 복합입자 생성용 병렬화 미세유체기기를 개발했다. 병렬화 미세유체기기는 기존의 포토리소그래피 공정으로 제작된 미세유체기기 대비, 3차원 적층이 가능하여 적은 공간에서 다수의 미세유체장치를 동시 운용할 수 있으며, 원하는 모듈들을 결합하는 방식을 통해 다양한 형상 및 기능성 입자 생산 플랫폼으로 활용할 수 있고, 그 결과 획기적으로 생산량을 증가시킬 수 있으며 복잡한 기능을 가진 일정한 크기의 입자 생산이 가능하다.

병렬형 복합입자 생성기로 만들어진 자성-양친매성 입자로 수중의 유류오염물을 제거했을 때, 물보다 점도가 2만배 높은 비전통 중유를 1차 사용에서 약 99.8% 이상의 높은 효율로 회수할 수 있었다. 또한 그 입자를 자석을 통해 회수해 재사용 할 수 있으며, 입자의 회수율은 약 97%, 재사용 입자를 이용한 비전통 중유 회수율은 약 99.7%로 계속적인 재사용이 가능하다는 것을 입증하였다.

연구를 주도한 성균관대 이진기 교수(사진)는 "본 연구에서 개발한 3차원 병렬형 복합입자 생성기는 비전통 중유의 회수뿐 아니라, 식품, 화장품, 약학, 그리고 의학 분야 등 우리 일상에서 다양하게 응용될 수 있다는 점에서 의미가 있다. 다중화 액적생성시스템은 3D 프린터로 제작할 수 있어 제작과 커스터마이징이 편리하며, 생산 속도의 증대가 필요한 다양한 영역의 액적기반 미세유체칩 분야에 활용할 수 있다."고 했다.

본 연구는 화학공학 및 환경공학 분야 국제학술지 케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)에 9월 1일 게재될 예정이다.