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제올라이트 소량 도입으로 필터 성능 크게 개선

경북대학교 화학과 정성화 교수 연구팀이 제올라이트*를 섬유에 소량 도입, 섬유의 미세먼지 제거효율이 면 같은 섬유 대비 2배 이상으로 향상되는 필터제조 기반기술을 개발했다.
*제올라이트(zeolite): 실리콘, 알루미늄 및 산소를 주요 성분으로 가진 다공성(多孔性) 광물질로 촉매와 흡착제, 세제 및 동물사료 등에 쓰인다. 천연 제올라이트 외에 합성 제올라이트도 용이하게 생산, 많이 유통되고 있다.

기존에도 다공성 물질을 도입한 필터의 성능개선 연구가 있었으나 제올라이트를 적용한 예는 없었다.
제올라이트는 동물사료나 식품포장재의 첨가제로 사용될 정도로 비교적 무해하면서 쉽게 구할 수 있다는 장점이 있다.

연구팀은 미세먼지 표면의 전하를 띠는 성분이 전하분리 효과가 큰 제올라이트와 정전기적 상호작용을 할 것으로 기대했다. 특히 제올라이트는 특유의 다공성 구조로 넓은 표면적을 지녀 반응성도 뛰어날 것으로 예상하였다.

실제 제올라이트가 코팅된 섬유(3 x 3 cm2) 필터에 심하게 오염된 (초미세먼지 300 ppm 이상, 미세먼지 700 ppm 이상) 공기를 통과시켰을 때(380 x 580 x 580 mm3 크기 챔버) 12 시간 이상 안정적으로 80% 이상의 미세먼지들을 제거하는 것을 확인했다.
순수 면의 경우 초미세먼지 제거율이 35% 수준이나 소량의 제올 라이트를 도입하자 제거율이 80% 이상으로 크게 향상된 것이다.

반면 착용감에 영향을 주는 압력강하 증가도 무시할 만한 수준으로 나타났다. 제올라이트 코팅에도 불구하고 압력강하*는 27Pa에서 37Pa로 소폭 증가하였고 12시간 후에도 38Pa로 나타났다. 38Pa의 압력 강하는 시판되는 KF80 마스크의 175Pa 대비 22% 수준이다.
*압력강하: 호흡 등으로 공기가 필터를 통과할 때 필터의 앞과 뒷면에서의 압력차이. 클수록 호흡하기가 곤란하고 착용감이 좋지 못하다.

연구팀은 미세먼지 제거율과 압력강하 모두를 고려한 필터의 평가기준인 품질인자를 3배 이상 향상시킬 수 있음을 확인한 이 연구결과를 토대로 필터 최적화와 실제 조건에서의 현장테스트 및 문제점 해결 등의 후속연구를 계속할 계획이다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구지원 사업으로 수행된 이번 연구의 성과는 재료화학 분야 국제학술지 저널 오브 머티리얼즈 케미스트리 A(J. Materials Chemistry A) 9월 21일자 35호의 겉표지 논문으로 게재되었다.