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김영독 교수 연구팀, 제올라이트 개질 기술 개발
- 열처리 제올라이트의 물과 톨루엔의 흡착자리 및 메커니즘 규명
- 저비용·고효율 열처리로 간편하게 적용 가능, 협업체인 기업을 통해 상용화 예정
화학과 김영독 교수 연구팀은 간단한 열처리만으로 제올라이트의 소수성을 효과적으로 향상시키는 혁신적인 개질 방법을 개발했다.
제올라이트는 높은 비표면적을 갖고 있어 톨루엔, 벤젠 등 BTX계열의 휘발성 유기화합물 제거에 효과적인 소재로 주목받고 있다. 그러나 습도가 높은 환경에서 유기물 흡착 효율이 급격히 저하되는 한계가 있다. 이를 해결하기 위해 기존 연구에서는 실리화, 탈알루미늄화, 금속 나노입자 증착 등의 개질 방법이 개발되었으나, 공정이 복잡하고 시간이 많이 소요될 뿐만 아니라 습도 조건에서도 BTX 흡착 성능 저하를 완전히 해결하지 못하는 한계가 남아 있다.
이에 본 연구팀은 추가적인 화학 처리 없이 단순한 열처리만으로 제올라이트의 소수성을 획기적으로 향상시키는 방법을 개발했다. 900°C에서 열처리한 제올라이트는 습도가 높은 환경에서도 습도에 영향을 받지 않고 안정적인 톨루엔 흡착 성능을 유지했으며, 흡착·탈착을 4회 반복한 실험에서도 초기 흡착량의 90% 이상의 성능을 유지하는 우수한 안정성을 보였다.
특히, in-situ DRIFTS 분석을 통해 열처리에 의해 형성된 표면 구조가 물과 톨루엔의 흡착 자리를 효과적으로 분리함으로써, 습도 조건에서도 톨루엔 흡착 성능이 저하되지 않음을 입증하고 그 메커니즘을 제시했다.
본 연구는 저비용·고효율의 열처리만으로 습도 영향을 받지 않는 제올라이트 개질 방법을 제시했다. 화학적 공정 없이 쉽게 적용할 수 있어 시간과 비용이 절감되며, 다양한 산업 환경에서 유해물질을 안정적이고 지속 가능하게 제거하는 기술로 활용될 수 있다. 이 연구는 협업체인 기업(Gemvax & Kael)에 적용할 계획이며, 환경 개선과 유해물질 제거에 효과적인 솔루션으로 실용화될 예정이다.
본 연구는 한국연구재단(NRF) 및 중소벤처기업부(MSS)의 지원을 받아 수행되었으며, 교육부와 한국연구재단의 "산학협력 선도대학 육성사업 3.0(Leaders in INdustry-university Cooperation 3.0)"의 지원으로 수행되었다.
※논문명: A simple heat-treatment strategy to prepare hydrophobic zeolite ZSM-5 for efficient adsorption of toluene under humid conditions
※학술지명: Chemical Engineering Journal, Vol.507, Pages 160580. (IF 13.4, JCR ENGINEERING, ENVIRONMENTAL 분야 상위 3.7%)