인하대학교는 황예진 화학공학과 교수 연구팀이 새로운 고효율 폐플라스틱 업사이클링 전략을 제시했다고 18일 밝혔다.
연구팀은 상용 플라스틱인 폴리스타이렌(PS)의 재활용 한계를 극복하기 위해 볼-밀(Ball-mill) 분쇄법을 활용했다. 볼-밀 분쇄법은 쇠공을 넣은 원통형 장치를 진동시켜 재료에 기계적 힘을 가하는 방법으로, 빠른 반응 속도와 안전성, 지속가능성을 갖춰 다양한 반응에 응용 가능하다.
PS는 연간 2500만t 이상 생산되는 범용 고분자로 포장재, 전자제품, 생활용품 등 다양한 분야에서 사용되지만, 매년 약 1700만t의 폐기물이 발생하며 대부분 매립되거나 버려진다. 안정적인 고리 구조 때문에 직접 기능화가 어렵고, 시도할 경우 사슬 절단이나 가교 같은 부작용이 나타나 업사이클링이 쉽지 않았다.
이를 해결하기 위해 연구팀은 고리 구조를 무너뜨려 반응성이 높은 구조를 만드는 버치(Birch) 환원 반응을 볼-밀 분쇄기에 적용하는 데 성공했다. 촉매, 첨가제, 용매, 진동수 등을 최적화한 결과 단 1분 만에 PS의 전환율과 디엔 함량을 극대화하면서 부작용을 최소화했다.
연구는 일반 PS뿐 아니라 다양한 작용기를 가진 PS 유도체와 발포 스티로폼, 커피컵 뚜껑 등 상용 폐플라스틱에서도 최대 98%의 전환 효율을 입증했다. 이를 통해 폐플라스틱으로부터 새로운 기능성 소재를 합성할 수 있는 가능성을 보여줬다.
이번 성과는 인하대 황예진 교수 연구팀, 인천대 피터슨 그레고리 아이작 교수 연구팀, 홍콩대 안토니오 리조 박사와의 국제 공동연구로 진행됐으며, 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재됐다.
황예진 인하대 화학공학과 교수는 “이번 연구는 PS 버치 환원 반응을 최초로 구현한 사례로, 다양한 PS 유도체와 상용 폐기물에도 적용 가능성을 입증했다”며 “볼-밀 기반 업사이클링 전략은 환경 문제 해결뿐 아니라 고기능성 신소재 개발로 이어질 수 있는 중요한 전환점”이라고 말했다.
헬로티 이창현 기자 |
