마이크로비드를 위한 쉽고 빠른 소결기술 :: 산업뉴스

다양한 바이오기술 및 화학공정에서 중요한 두 가지 공정단계는 여과(filtration)와 추출(extraction)이다. 두 가지 단계 모두 잘 조절된 성질을 가진 흡수체를 필요로 한다. 이런 용도로 적합한 물질은 화학적으로 안정적이어야 하며, 매우 높은 비표면적(specific surface area)과 열린 다공성(porosity)을 가져야만 한다.

제올라이트(zeolite)는 미세다공성(microporous)의 알루미노실리케이트(aluminosilicate) 광물질로, 상업적인 흡수체로 널리 사용되고 있다. 이 물질이 높은 비표면적을 보유하고 있지만 구멍(pore)의 크기는 단지 수 나노미터에 불과하다. 따라서 여과를 목적으로 이 물질을 사용하는 것은 기체상이나 작은 분자들을 대상으로 한정될 수 밖에 없다. 반면 세라믹 폼(ceramic foam)은 구멍 크기를 조절할 수 있으면서도 열린 다공성을 보여주고 있다. 하지만, 비표면적이 낮아서 흡수체의 효율에는 단점으로 작용한다.

마이크로비드 혹은 마이크로비드를 이용한 모노리스 형태의 흡수체(microbead-derived monolithic adsorbent, MAds)로 불리는 균일한 입자는, 제올라이트와 세라믹 폼의 장점을 모두 가지고 있다. 독일 브레멘 대학( University Bremen) 과학자들은 좋은 비표면적과 다공성을 가지는 실리카/알루미나 마이크로비드의 합성에 성공하였다.

마이크로비드를 소결하기 위해서는 다양한 방법이 사용된다. 가열과 냉각이 필요하며 1000°C에서 15시간 동안 소결해야 한다. 새로운 연구에서, 연구팀은 튜브 형태의 노(tube furnace)를 사용하는 손쉽고 저렴하며 빠른 소결 기술을 소개하고 있다. 연구팀은 비표면적, 구멍의 크기 분포 및 다른 매체 속에서의 안정성을 결정하였다. 그리고 기존의 소결 기술에 의해 가공된 재료와 분석결과를 비교하였다.

독일 과학자들은 microbead-derived MAds의 빠른 소결을 성공적으로 수행하였다. 모든 소결 온도에서 명백한 복합 다공성을 보여주고 있다. 구멍의 크기에 대한 소결 시간의 영향은 없는 것으로 나타났다. 그러나 연구팀이 조사한 소결시간의 범위는 15시간에서 15분 미만까지로 한정되었다. 기존의 소결 기법에 비해 비표면적의 향상도 가져왔으며, 이런 증가는 수용성 매체 상에서의 좋은 안정성에 기인한 것으로 기존의 소결된 MAds와 비견할 만하였다. 1200°C에서의 소결은, 실험 매체인 염화수소(hydrogen chloride) 및 수산화나트륨(sodium hydroxide) 내에서의 안정성을 향상시켰다.

* 자료 - KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』