우라늄 흡착제를 해외 수입에 의존하는 가운데, 국내 연구진이 우라늄 흡착 성능이 탁월하면서도 경제적이고 환경친화적이기까지 한 신소재를 개발해 관심을 모으고 있다.
한국원자력연구원은 흡착제에 사용되는 실리카 물질에 '유기인산계 화합물(HDEHP)'을 결합해 나노구조 신소재를 개발했다고 24일 밝혔다.
김종윤 방사화학기술개발부 박사팀이 '주형합성법(특정 구조의 주형 물질을 섞어 원하는 형태·크기 물질을 합성하는 방법)'으로 우라늄 흡착에 특화된 실리카 나노구조체를 합성했다.
합성 출발 물질인 전구체 'TEOS'에 주형 물질로 '도데실아민'을 섞어 만든 나노구조체는 입자 형태로 기공이 있어 우라늄을 흡착할 수 있다. 다만 입자가 균일하지 않고 기공 크기가 우라늄 흡착에 최적화되지 않았다.
이에 연구팀은 우라늄 흡착력을 가진 HDEHP를 추가 혼합하는 하이브리드 소재 합성 방식을 활용했다.
또 주형 물질을 500도 이상 고온에서 연소하거나 유독성 용매로 제거하는 기존 방식과 달리, 용액에 넣어 가열하는 수열반응으로 간단하게 하이브리드 소재를 합성했다.
이를 통해 10~100마이크로미터(㎛)로 입자가 균일하면서, 기공 크기까지 제어할 수 있는 신소재를 개발했다. 기존에 구현하기 어려웠던 것이다.
특히 이 소재는 흡착 물질을 기공 내에 강하게 붙잡아 둘 수 있는 2~50나노미터(㎚) 크기 메조기공을 효율적으로 만들 수 있고 표면적이 넓다. HDEHP 농도와 반응 온도를 높일수록 메조기공 크기가 커지고, 그 수준을 쉽게 제어할 수 있다.
개발 신소재는 흡착제 1그램(g)당 136밀리그램(㎎) 우라늄을 흡착할 수 있다. 현재 상용화 제품 최고 성능 수준이다.
간단히 합성할 수 있어 경제적이며, 후처리 공정이 없어 환경친화적이다. 흡착제뿐 아니라 기공에 활성물질을 넣어 전달하는 운반전달체로도 활용될 수 있다.
임상호 방사화학기술개발부장은 “이 기술은 우라늄 자원 회수, 방사성 물질 오염 폐수 관리뿐 아니라 촉매제, 약물전달물질 등 다양한 분야에 활용할 수 있는 원천기술이 될 것”이라며 “대규모 생산·상용화 연구를 지속하겠다”고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 원자력연구개발사업과 산업통상자원부 원전해체경쟁력강화기술개발사업 지원으로 수행됐으며, 결과는 국제 학술지 '분리정제기술'에 게재됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
