▲ 9Å(angstrom)보다 큰 어떤 염도 차단하는 그래핀 산화물 여과막.

9Å(angstrom)보다 큰 어떤 염도 차단하는 그래핀 산화물 여과막멤브레인이 개발돼 해수담수화 필터 개발이 가속화될 전망이다.

영국 맨체스터 대학(University of Manchester)의 연구진이 그래핀 산화물로 만들어진 멤브레인(여과막)이 물속에 잠길 때 완벽한 분자체로 작동하는 것을 발견했다. 이 멤브레인은 9Å(9×10의 -10승)보다 더 큰 크기를 가진 모든 분자 또는 이온을 차단할 수 있다.

연구결과는 물 여과와 담수화 분야에 적층형 나노구조를 쓸 수 있다는 것을 보여줘 학문적 및 산업적으로 큰 관심을 끌었다.

그래핀은 탄소로만 만들어진 소수성물질로 물과 반발하는 특성이 있다. 하지만, 물 층이 그래핀처럼 원자 한 개 정도의 두께일 때, 폭이 좁은 그래핀 모세관은 물을 급격하게 빨아들인다.

원자크기의 그래핀 모세관은 수직으로 그래핀 산화물 층을 쌓아 쉽고 저렴하게 만들 수 있다. 이런 다중 적층은 진주층(nacre)과 유사한 구조를 가져 기계적으로 강성을 갖게 된다.

연구진은 이미 2년 전 이런 라미네이트(laminate)로 만들어진 매우 얇은 멤브레인이 물을 제외한 모든 가스 및 기체를 통과하지 못하게 한다는 것을 발견했다. 가장 차단하기 어렵다는 헬륨가스 뿐만 아니라 수증기도 아무런 저항 없이 통과할 수 있다는 것을 의미한다.

Rahul Nair 박사와 Andre Geim 교수가 이끄는 이 연구팀이 개발한 그래핀 필터는 미세한 크기 차이가 나는 원자들을 구별할 수 있는 초정밀 분리 뿐만 아니라 ‘이온 스펀징(ion sponging)’효과도 있다. 그래핀 모세관은 강력한 후버(hoover)처럼 작은 이온들을 빨아 들여 외부 염 용액에 비해서 수백 배 더 큰 내부 농도를 유지할 수 있다.

연구진은 그래핀 메쉬 크기를 제어하고 해수 속의 더 작은 염들도 여과할 수 있도록 9Å 이하로 그래핀 메쉬 크기를 감소시키는 연구를 진행 중이다. 연구의 궁극적인 목표는 해수에서 물 한 컵을 몇 분 만에 얻을 수 있는 필터 장치를 만드는 것이다.

이 연구결과는 저널 Science에 게재됐다.