[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국연구재단(NRF)은 광주과학기술원 신소재공학부 권인찬 교수팀이 생산이 제한적인 희토류를 폐기물인 철강 슬래그에서 선택적으로 회수할 수 단백질 흡착제를 개발했다고 21일 밝혔다.
스마트폰, 반도체, 자동차, 항공 우주 산업 등에 쓰이는 희토류를 최근 산업폐기물에서 회수해 생산 부족 문제를 해결하려는 연구들이 진행되어 왔으나 기존의 기술로는 사용한 흡착제나 용매가 환경오염의 원인이 되는 한계가 존재했다.
또 산업폐기물 내 희토류는 소량 존재하고 마그네슘․구리 등의 희토류가 아닌 원소들(비희토류)이 다량 포함되어 있어서 희토류만을 선택적으로 회수하는 것이 어려웠다.
이번 연구팀은 이러한 제한점을 해결하기 위해 희토류에 선택적 결합 및 탈착이 가능한 단백질과 온도에 따라 졸-젤 (Sol-Gel) 상변이가 되는 단백질을 융합해 희토류만을 선택적으로 회수 가능하고 용매 사용 없이 반복 사용이 가능한 단백질 흡착제를 개발했다.
연구과정을 보면 온도 감응성 졸-젤 (Sol-Gel) 특성을 가지는 단백질이 희토류에 강한 흡착 효과를 가지는 것으로 보고된 단백질을 결합해 단백질 흡착제를 설계하였고 대장균에서 성공적으로 정제했다.
이 과정에서 온도에 따라 흡착제는 고온 (~37 ℃)에서 젤 형태로 상변이를 했고 저온 (~4 ℃)에서는 졸 상태로 존재하는 것을 확인했다.
Sol-Gel 상변이는 자극 (온도, pH 등)에 따라 입자가 분산 (sol)과 특정한 형태 (gel)로 변화가 가능한 현상이다.
이로써 간단한 온도변화를 통해 젤 상태의 흡착제를 회수하고 졸 상태로 바꾸어 희토류 흡착을 가능함을 확인했다.
이어 희토류 회수 가능성을 확인하기 위해 흡착제를 다양한 희토류와 비희토류(일반 금속 원소; 마그네슘, 구리 등)를 섞은 용액에 적용할 경우 희토류의 90% 이상이 회수됐고 일반 금속 원소들은 희수가 거의 되지 않은 것을 통해 연구팀은 흡착제가 희토류만을 선택적으로 결합할 수 있음을 확인했다.
또 얻어진 흡착제를 여러 번 사용이 가능함을 확인하기 위해 6번의 희토류 반복 회수 실험을 진행했으며 희토류 회수가 지속적으로 가능함을 확인했다.
이 연구결과에 의하면 실제 산업 부산물인 철강슬래그를 이용해 흡착제가 실제 산업 현장에서 사용 가능함을 확인해보았고 철강 슬래그에 존재하는 희토류를 성공적으로 회수했다.
연구 관계자는 “희토류에 선택적인 결합을 할 수 있는 단백질에 대한 최신 보고를 바탕으로 온도감응성 단백질을 융합하면 재사용 가능한 단백질 흡착제가 될 것이라는 가설을 세우고 진행했는데 예상대로 좋은 결과가 나왔다”고 말했다.
이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터·중견연구와 C1 가스리파이너리 사업단의 지원으로 수행됐고 화학 분야 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)에 지난해 12월 26일 게재됐다.