‘처치 곤란’ 황의 180도 신세 역전…“그래핀 환원제로 쓴다”

KIST 유남호 박사팀 주도…‘황’ 도핑 그래핀, 중금속 흡착 가능하고 복합소재 강도, 가스차단성 향상

황을 이용한 그래핀 제조의 모식도/자료=KIST

국내 연구진이 황이 가진 고유 특성을 이용해 고부가가치의 그래핀을 제조하는 방법을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST) 탄소융합소재연구센터 유남호 박사팀은 ‘황’을 도핑한 그래핀을 제조하는 공정을 개발했다고 10일 밝혔다.

석유 정제과정에서 부산물로 대량의 황 폐기물이 생성된다. 국내에선 환경오염을 유발하는 황 폐기물 대부분을 마땅히 처리할 방법이 없어 중국에 수출하고 있다. 하지만 중국의 산업 고도화로 인해 수출량이 줄어들 것으로 예측됨에 따라 황을 활용할 수 있는 다양한 신소재 개발을 시도하고 있다.

꿈의 신소재라 불리는 그래핀은 흑연을 산화시킨 후 다시 환원시켜 제조할 수 있다. 이때 환원을 돕는 환원제가 필요하다.

KIST 연구진은 150도 이상의 온도에서 녹은 황이 효과적인 환원제 역할을 할 수 있다는 점을 이용했다.

연구진에 따르면 황을 환원제로 사용함으로써 별도의 환원제 없이 그래핀을 제조할 수 있었다. 또 그래핀을 제조하고 남은 황은 재사용이 가능하고 다시 회수할 수 있다.

이렇게 만든 그래핀은 중금속을 흡착하는 능력이 뛰어나고 유기용매에서 분산성이 뛰어났다. 수용액 내에서 수은 이온을 94% 이상 흡착·제거할 수 있고, 복합소재 제조 시 기존 소재보다 150% 이상 강도가 향상됐다. 복합소재의 가스 차단성 또한 95% 이상 향상됐다.

황으로 개발한 그래핀은 수은을 포함한 중금속 제거용 필터, 자동차 및 항공용 부품 소재, 전자기기 부품, 에너지 저장용 배터리 제품을 개발하는 데 응용 가능하다.

KIST 유남호 박사는 “이번 연구는 환경오염을 유발하는 황 폐기물을 유용하게 이용할 수 있는 새로운 방법을 제시했다는 측면에서 의미가 있다”고 말했다.