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과학·기술

미세먼지 거르는 성능 25% 늘린 나노 섬유 필터 개발

  • 김민수 기자
  • 입력 : 2018.03.29 15:02


    국내 연구진이 기존 필터보다 미세먼지 포집 성능이 약 25% 향상된 고성능 나노 섬유 기반 초미세먼지 필터를 만드는 데 성공했다. 공기청정기나 마스크, 차량용 필터 등 광범위한 분야에 응용될 수 있을 것으로 기대된다.

    한국생명공학연구원과 스마트IT융합시스템연구단, 전남대 고분자융합소재공학부는 공동연구를 통해 초미세먼지를 포집할 수 있는 고성능 기능성 나노 섬유 기반 초미세먼지 필터를 개발, 제조하는 데 성공했다고 29일 밝혔다.

    연구진이 개발한 필터는 기존 나노 섬유 기반 미세먼지 포집 필터 성능을 약 25% 향상시킬 수 있다. 특히 압력손실을 줄여 공기 정화에 필요한 송풍 장치의 전력 소모량과 소음 및 진동을 줄였다.

    압력손실은 필터의 입구 및 출구에서의 압력 차이로, 압력손실이 클수록 공기청정 장치에 달린 외부공기 흡입 모터 팬 속도를 높여야 하기 때문에 전력 소모량이 크다. 이번에 개발된 필터는 압력손실이 30% 가량 개선됐다.


     미세먼지 포집하는 필터 모식도./생명공학연구원 제공.
    미세먼지 포집하는 필터 모식도./생명공학연구원 제공.

    연구진은 “이번에 개발한 필터를 차량용 공기청정기로 활용할 경우 낮은 소비전력으로도 약 70μg/m3의 농도(PM2.5 기준 WHO 일평균 권고기준의 2.5배)로 오염된 자동차 실내를 16분만에 효과적으로 정화할 수 있음을 실험적으로 증명했다”고 밝혔다.

    연구진은 반응성 이온 에칭 공정 기술(RIE)을 전기방사된 고분자 나노 섬유 소재에 적용해 섬유의 두께를 현저히 줄였다. 동시에 주입된 산소 가스를 통해 미세먼지가 더 잘 붙도록 화학적 표면 처리를 함으로써 미세먼지 집진 효율을 극대화하는 데 성공했다.

    또 ‘밀도범함수이론(DFT)’을 이용해 표면 작용기와 미세먼지와의 분자간 상호작용 에너지를 계산했다. 이를 토대로 미세먼지를 흡착하는 데 최적화된 화학 작용기(활성 그룹)를 밝혀낸 뒤 이를 나노 섬유에 적용해 미세먼지 필터링 효율을 높인 것이다.

    연구진은 “이번에 개발한 필터가 차량용 공기청정기 필터뿐만 아니라 스마트 마스크, 윈도우 필터 등에 응용될 수 있을 것으로 기대된다”며 “고효율 이차전지필터, 특수 의료용 섬유 소재 등 다양한 분야로 확장할 수 있을 것으로 보고 있다”고 밝혔다.


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