대기 중 오염물질 흡착하는 면직물

‘ZIF-8@CM 면’과 ‘ZIF-67@CM 면’

120℃에서 직물 가열해 재생 및 흡착 감소 없이 재사용 가능

인도 델리 공과대학 섬유공학과 SMTA 연구소의 물리학과 연구진이 대기 중에 유해한 대기 오염 물질을 흡착할 수 있는 변형된 면직물을 개발했다. 

‘ZIF-8@CM 면’과 ‘ZIF-67@CM 면’은 공기 중의 벤젠, 아닐린, 스틸렌과 같은 유해한 대기오염물질을 높은 수준으로 흡착하는 ‘제올라이트 이미다졸레이트계 구조(ZIP·zeolite imidazolate framework)’의 변형된 기능성 직물이다.

연구진은 보도 자료에서 “현재 미립자 물질, 아산화질소, 황산화물, 탄소산화물, 기타 독성 휘발성 유기화합물(VOC) 등의 증가로 인한 대기 오염이 주요 관심사이며, 이러한 화학물질에 장시간 노출될 경우 천식, 눈, 목구멍 자극 등을 유발할 수 있다”고 밝혔다.

이에 연구진은 활성탄, 제올라이트, 금속-유기골격체(MOF)와 같은 다공성 물질은 공기 중에서 독성 휘발성 유기화합물(VOC)을 흡착할 수 있다는 점에 착안했다. 

금속-유기 골격체는 금속 이온과 유기리간드 간의 배위결합으로 이루어진 다공성 물질이다.

ZIF-8은 대표적인 금속-유기 골격체이자 표면적이 넓고 세공 부피가 큰데다 다양한 기능성 구조를 첨가할 수 있어 흡착제 등에 널리 활용되고 있다. 특히 항균, 생의학, 미립자 물질 여과, 연료 여과, 화학전 보호 및 자외선 흡수 등의 특성을 구현하는 직물을 만들기 위해 변형도 가능하다.

연구진은 신속한 수성 섬유 마감 접근법을 사용해 카르복시메틸화 면직물(carboxymethylated cotton fabric)에 ZIF-8 및 ZIF-67 나노결정의 제자리 성장으로 알려진 기술을 사용해 흡착할 수 있는 저렴한 면직물을 개발했다. 일반 면직물보다 독성 휘발성 유기화합물(VOC)이 400~600% 정도 흡착률이 높다.

또한 견고하고 세탁내구성도 우수하다. 기능성 필터와 오염 제어 실내 장식품 설계 시 적합하다.

연구진은 “이번 연구에서 빠르고 간편하며, 친환경적이고 확장 가능한 접근 방식을 사용해 ZIF MOF(ZIF-8 및 ZIF-67)에 의한 면직물의 기능화를 보여주었다”며 “보호복 및 실내 공기 오염 제어에 적용할 수 있는 엄청난 잠재력을 가지고 있다”고 강조했다. 특히 필터 매체로도 걸러낼 수 없는 가스 오염 물질을 제어하기 위한 실내 장식으로도 사용될 수 있다.

인도 델리공과대학 Ashwini Agrawal 박사는 “특히 이러한 제품은 가정과 사무실, 극장, 비행기 및 기타 운송 차량과 같은 폐쇄된 공간에서 사용할 수 있다”고 말했다.

연구진의 테스트 결과, ZIF-8 기능성 직물은 직물 중량 대비 아닐린은 최대 19.89mg/g, 벤젠은 24.88mg/g, 스티렌은 11.16mg/g을 각각 흡착하는 것을 확인했다. 또한 120℃에서 직물을 가열해 쉽게 재생할 수 있으며, 여러 사이클 동안 흡착 용량의 감소 없이 재사용할 수 있다.

동 연구는 과학기술부(DST)와 Resil Chemicals Pvt Ltd.의 공동 지원을 받아 진행됐다.

장웅순 기자 tinnews@tinnews.co.kr

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