▲ 개발된 단백질 흡착제를 통한 선택적 희토류 회수 사이클 /희토류 및 비희토류 원소 혼합물에서 단백질 흡착제 통해 희토류를 선택적으로 회수하는 것을 표현(그림설명 및 그림제공 : 광주과학기술원 권인찬 교수. Copyright Wiley-VCH GmbH. Reproduced with permission.)  © 특허뉴스

열과 전기가 잘 통하는 특성을 가진 희토류. 전기‧전자‧촉매‧광학‧초전도체 등 다양한 산업 분야에서 필요로 하지만 생산이 제한적인 희토류를 폐기물인 철강 슬래그(선철 또는 강을 제련한 후에 남은 비금속성 찌꺼기)에서 선택적으로 회수 할 수 있는 단백질 흡착제가 개발 되었다.

한국연구재단은 광주과학기술원 권인찬 교수 연구팀이 희토류를 선택적으로 강하게 결합하는 것으로 보고된 단백질과 온도 조절을 통해 재사용이 가능한 것으로 보고된 단백질을 융합하여 용매 사용 없이 희토류를 회수할 수 있는 단백질 흡착제를 개발했다고 19일 밝혔다.

최근 희토류를 산업폐기물에서 회수하여 생산 부족 문제를 해결하려는 연구들이 진행되어 왔으나, 기존의 기술로는 사용한 흡착제나 용매가 환경오염의 원인이 되는 한계가 존재했다. 또한, 산업폐기물 내 희토류는 소량 존재하고, 마그네슘, 구리 등의 희토류가 아닌 원소들(비희토류)이 다량 포함되어 있어서 희토류만을 선택적으로 회수하는 것이 어려웠다.

이에, 연구팀은 희토류에 선택적 결합 및 탈착이 가능한 단백질과 온도에 따라 졸-젤 (Sol-Gel) 상변이가 되는 단백질을 융합하여 희토류만을 선택적으로 회수 가능하고 용매 사용 없이 반복 사용이 가능한 단백질 흡착제를 개발했다. 개발된 단백질 흡착제는 자연적으로 분해가 되어 환경오염의 문제도 최소화 할 수 있다.

첨고로, 졸-젤(Sol-Gel) 상변이는 자극(온도, pH 등)에 따라 입자가 분산(Sol)과 특정한 형태(Gel)로 변화가 가능한 현상이다.

지구에 상대적으로 많이 분포되어 있는 13종의 희토류 원소와 과량의 비희토류 원소 혼합물에 개발한 단백질 흡착제를 적용, 실험실 조건에서 90% 이상의 희토류를 회수하고 비희토류는 거의 회수되지 않음을 확인하였으며 선택적 회수가 가능함을 발견했다. 또한, 일정 횟수 반복 사용하여도 희토류 회수 효율이 유지되어 흡착제의 활용 가능성을 확인했다.

또한 산업폐기물인 철강 슬래그에 존재하는 15종의 희토류에 대해 80% 이상 회수하는 결과를 확인하여 산업에서의 사용 가능성을 기대하고 있다. 다만, 실제 응용되기 위해서는 단백질 흡착제 생산 및 적용 규모 확대에 대한 더 많은 연구가 필요하다.

이번 연구의 성과는 화학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’ 12월 26일 게재(온라인) 되었다.