한국과학기술연구원(KIST) 탄소융합소재연구센터 유남호 박사팀은 마땅한 처리방법이 없어, 폐기 시 환경오염을 유발하는 황 폐기물을 이용해 그래핀을 제조하는 공정을 개발했다고 밝혔다.

최근 석유 정제과정에서 부산물로 생성되는 대량의 황 폐기물로 인한 다양한 환경적인 문제를 해결하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 국내의 경우 대부분의 황 폐기물을 처리할 방법이 없어 중국에 수출하고 있다. 하지만 중국의 산업 고도화로 인해 수출량이 줄어들 것으로 예측됨에 따라 황을 활용할 수 있는 다양한 신소재의 개발을 시도하고 있지만, 현재 가시적인 성과가 나오고 있지 않은 상황이다.

그래핀은 흑연을 산화시킨 후 다시 환원시켜 제조할 수 있다. 이때 환원을 돕는 환원제가 필요한데, KIST 연구진은 150도 이상의 온도에서 녹은 황이 효과적인 환원제 역할을 할 수 있다는 점을 이용했다. 산화된 흑연을 녹은 황에 넣어 황이 도핑된 환원 그래핀을 제조, 남은 황은 재사용이 가능하고, 다시 회수할 수 있었다.

KIST 연구진이 제조한 그래핀은 중금속을 흡착하는 능력이 뛰어나고 유기용매에서 분산성이 뛰어나다. 수용액 내에서 수은 이온을 94% 이상 흡착해 제거할 수 있고 복합소재 제조 시 기존 소재보다 150% 이상 강도가 향상, 복합소재의 가스 차단성은 95% 이상 향상됐다.

황 폐기물로 개발한 그래핀은 수은을 포함하는 중금속 제거용 필터, 자동차 및 항공용 부품 소재, 전자기기 부품 그리고 에너지 저장용 배터리 제품을 개발하는데 응용 가능하다.

KIST 유남호 박사는 “이번 연구결과는 황을 유용하게 활용할 수 있는 새로운 방법을 제시할 뿐만 아니라 황이 가지고 있는 고유한 특성을 이용하여 고부가가치의 새로운 그래핀 소재를 제조하는 방법을 제시하고, 동시에 복합소재 및 필터 그리고 에너지 저장 관련 응용이 가능하고 파급효과가 큰 기술이 될 것으로 기대된다.”라고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부 지원을 받아 KIST의 주요사업과 한국연구재단 나노소재기술개발사업 및 우주핵심기술개발사업으로 수행됐다. 이번 연구결과는 소재 분야 유명 국제 저널인 ‘Composites Part B : Engineering’ (IF: 6.86, JCR 분야 상위 2.00%) 최신호에 실렸다.

*(논문명) Sustainable production of reduced graphene oxide using elemental sulfur for multifunctional composites

– (제1저자) 한국과학기술연구원 남기호 연구원(現 연세대학교 연구원)

– (제1저자) 한국과학기술연구원 김경민 연구원(現 ㈜부흥산업사 연구원)

– (교신저자) 한국과학기술연구원 유남호 선임연구원