서강대학교 녹색지속가능분리 연구실은 석유화학 및 에너지 산업에서 필수적인 기체 분리 공정의 혁신을 위해 혼합매트릭스 분리막(Mixed Matrix Membranes, MMMs)과 탄소분자체 분리막(Carbon Molecular Sieve Membranes, CMS)을 개발하고 있습니다. 기존의 열 기반 분리공정(예: 크라이오제닉 증류)은 막대한 에너지와 비용이 소요되며, 특히 올레핀/파라핀(C2H4/C2H6, C3H6/C3H8)과 같은 유사한 물리적 특성을 가진 기체의 분리는 더욱 어렵습니다. 본 연구실은 고분자 매트릭스와 무기 나노입자를 결합한 하이브리드 분리막을 통해 기존 한계를 극복하고, 고효율·저비용의 기체 분리 기술을 실현하고자 합니다. 특히, 제올라이트 이미다졸레이트 프레임워크(ZIF-8, ZIF-67 등)와 같은 금속-유기 골격체(MOFs)를 고분자 매트릭스에 도입하여, 분자 수준에서의 미세한 기공 구조 제어와 결함 엔지니어링을 통해 선택도와 투과도를 동시에 향상시키는 연구를 수행하고 있습니다. 또한, 탄소분자체 분리막은 고온 열분해 공정을 통해 제조되며, 독특한 미세기공 구조로 인해 천연가스 내 CO2/CH4, N2/CH4 등 다양한 기체 혼합물의 고효율 분리가 가능합니다. 최근에는 중공사 형태의 CMS 분리막을 개발하여 산업적 적용 가능성을 높이고 있습니다. 이러한 연구는 에너지 절감, 온실가스 저감, 산업 공정의 효율화 등 다양한 사회적·경제적 파급효과를 기대할 수 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 소재 설계, 제조공정 최적화, 대면적 스케일업 등 다각적인 접근을 통해 차세대 분리막 기술의 상용화와 지속가능한 화학공정 혁신에 기여할 것입니다.

본 연구실은 수처리 및 해수담수화 분야에서의 분리막 오염(biofouling) 문제를 해결하기 위해 자연 생물체의 표면 구조와 기능을 모방한 바이오모방(biomimetic) 패턴 기술을 적용한 고분자 분리막을 개발하고 있습니다. 해양 환경이나 산업용수 처리에서 분리막 표면에 미생물, 단백질, 유기물 등이 부착되어 막의 성능이 급격히 저하되는 것이 큰 문제로 대두되고 있습니다. 이를 해결하기 위해 상어 피부(Sharkskin)에서 영감을 얻은 미세 패턴을 분리막 표면에 구현함으로써, 오염물의 부착을 억제하고 장기적인 분리 성능을 유지할 수 있도록 연구하고 있습니다. 특히, 역삼투(RO) 해수담수화 분리막의 경우, 계면중합을 통해 형성된 폴리아미드 선택층의 표면을 물리적·화학적으로 정교하게 설계하여 초저오염 특성을 부여하고 있습니다. 최근에는 표면 개질, 나노입자 도입, 은 나노입자와의 복합화 등 다양한 첨단 소재 및 공정 기술을 접목하여 내오염성과 항균성을 극대화한 분리막을 개발하고 있습니다. 이러한 연구는 깨끗한 식수 공급, 산업용수 재이용, 환경오염 저감 등 사회적 가치 실현에 크게 기여할 수 있습니다. 향후 본 연구실은 바이오모방 패턴의 구조-기능 상관관계 규명, 대면적 제조공정 개발, 실제 수처리 플랜트 적용 등 실용화 연구를 지속적으로 확대할 계획입니다. 이를 통해 미래형 수처리 및 해수담수화 기술의 패러다임을 선도하고, 글로벌 물 부족 문제 해결에 기여할 것입니다.

기후변화 대응과 온실가스 저감은 현대 사회의 가장 중요한 과제 중 하나입니다. 본 연구실은 화력발전소, 철강, 시멘트, 석유화학 등 다양한 산업체에서 발생하는 이산화탄소(CO2)를 효과적으로 포집하고, 이를 활용하거나 안전하게 처리할 수 있는 첨단 분리막 및 흡착제 소재를 개발하고 있습니다. CO2의 농도가 낮은 배출가스 환경에서도 높은 투과성과 선택성을 갖는 분리막, 그리고 구조화된 흡착제를 통해 열 및 물질전달 속도를 극대화한 고성능 CO2 포집 시스템을 연구하고 있습니다. 특히, 사다리형태의 폴리실세스퀴옥산 기반 유무기 복합 분리막, 중공사 형태의 구조화된 흡착제 등 혁신적인 소재 설계와 제조기술을 도입하여, 기존 기술의 한계를 극복하고 있습니다. 또한, 직접공기포집(DAC) 등 차세대 탄소중립 기술에도 적용 가능한 다양한 소재 및 공정 연구를 수행하고 있습니다. 이러한 연구는 온실가스 감축, 탄소중립 실현, 산업공정의 친환경화 등 국가적·국제적 목표 달성에 핵심적인 역할을 할 수 있습니다. 앞으로 본 연구실은 CO2 포집-전환-저장(CCUS) 통합 시스템 개발, 소재의 내구성 및 경제성 향상, 대규모 실증 연구 등 실용화 및 상용화 연구를 지속적으로 추진할 계획입니다. 이를 통해 기후변화 대응 기술의 글로벌 리더십을 확보하고, 지속가능한 미래사회 구현에 기여할 것입니다.