제올라이트 코팅하니 미세먼지 제거 2배로

그림의 왼쪽과 같이 높은 농도의 미세먼지가 존재하는 대기도 가운데의 제올라이트를 통과하면 오른쪽처럼 깨끗한 대기가 될 수 있다는 개념을 보여 주는 그림이며, 저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 A의 2020년 35호(9월 21일)의 겉표지. 영국 왕립화학회 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 일반 섬유에 제올라이트를 코팅하면 미세먼지 제거효율을 2배 이상 높일 수 있다는 연구결과를 내놨다. 연구진은 이 기술을 이용해 마스크를 만들면 미세먼지 차단 뿐만아니라 착용후 호흡할 때에도 좀 더 편안해 질 수 있다고 설명했다.

한국연구재단은 경북대학교 정성화 화학과 교수 연구팀이 제올라이트를 섬유에 소량 도입하면 미세먼지 제거효율이 면 같은 섬유 대비 2배 이상으로 향상되는 필터제조 기반기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

제올라이트는 실리콘, 알루미늄 및 산소를 주요 성분으로 가진 다공성 광물질로 촉매와 흡착제, 세제 및 동물사료 등에 쓰인다.

실제 제올라이트가 코팅된 섬유(3 x 3㎠) 필터에 심하게 오염된 (초미세먼지 300 ppm 이상, 미세먼지 700 ppm 이상) 공기를 통과시켰을 때(380 x 580 x 580 ㎣ 크기 챔버) 12 시간 이상 안정적으로 80% 이상의 미세먼지들을 제거하는 것을 확인했다.

순수 면의 경우 초미세먼지 제거율이 35% 수준이나 소량의 제올 라이트를 도입하자 제거율이 80% 이상으로 크게 향상된 것이다.

미세먼지 표면에 극성을 갖는, 아주 작은 성분(붉은색 표시)들이 존재한다(오른쪽). 큰 미세먼지 대신 미세먼지 표면에 존재하는 극성의 작은 성분들이 제올라이트의 작은 세공에 들어가 정전기적 인력으로 제거되는 개념을 보여준다(왼쪽). 경북대 정성화 교수 제공

반면 착용감에 영향을 주는 압력강하 증가도 무시할 만한 수준으로 나타났다. 압력강하는 호흡 등으로 공기가 필터를 통과할 때 필터의 앞과 뒷면에서의 압력차이다. 클수록 호흡하기가 곤란하고 착용감이 좋지 못하다. 제올라이트 코팅에도 불구하고 압력강하는 27Pa에서 37Pa로 소폭 증가하였고 12시간 후에도 38Pa로 나타났다.

38Pa의 압력 강하는 시판되는 KF80 마스크의 175Pa 대비 22% 수준이다.

연구팀은 미세먼지 제거율과 압력강하 모두를 고려한 필터의 평가기준인 품질인자를 3배 이상 향상시킬 수 있음을 확인한 이 연구결과를 토대로 필터 최적화와 실제 조건에서의 현장테스트 및 문제점 해결 등의 후속연구를 계속할 계획이다.

이번 연구의 성과는 재료화학 분야 국제학술지 '저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 A' 21일자 35호의 겉표지 논문으로 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자