[더테크 이지영 기자]  우라늄은 자연 상태에서 다양한 물질에 녹아 있고, 방사성폐기물에도 다량 있어 효과적으로 추출해 회수하는 것이 매우 중요하다. 상용화된 흡착제는 현재 해외 수입에 의존하고 있는 가운데 국내 연구진이 우라늄 흡착 성능이 탁월하면서도 경제적이고 환경친화적인 신소재를 개발했다.

한국원자력연구원은 24일 흡착제에 사용되는 실리카(SiO2) 물질에 유기인산계 화합물(HDEHP)을 결합해 우라늄 흡착 성능이 탁월한 나노구조의 신소재 개발에 성공했다고 밝혔다.

방사화학기술개발부 김종윤 박사 연구팀은 특정 구조를 가진 주형 물질을 섞어 원하는 형태와 크기의 물질을 합성하는 주형합성법을 활용해 우라늄 흡착에 특화된 실리카 나노구조체를 합성했다.

실리카 나노구조체 합성을 위한 출발 물질인 전구체 TEOS에 주형 물질로 도데실아민을 섞는 기존 방식으로 만든 나노구조체는 입자 형태로 기공(pore)이 있어 우라늄을 흡착할 수 있지만, 입자가 균일하지 않고 기공 크기가 우라늄 흡착에 최적화되지 않았다. 이에 연구팀은 우라늄 흡착력을 가진 HDEHP를 추가로 혼합하는 하이브리드 소재 합성 방식을 활용했다.

또한, 주형 물질을 500도 이상의 고온에서 연소하거나 유독성 용매로 제거해야 하는 기존 방식과 달리, 주형 물질 HDEHP를 제거하지 않고, 용액에 넣어 가열하는 수열반응으로 간단하게 하이브리드 소재를 합성한다.

이를 통해 기존 방식에서 구현하기 어려웠던 10~100마이크로미터(μm)의 균일한 입자를 가지면서, 기공 크기까지 제어할 수 있는 신소재를 개발했다.

특히, 이 소재는 표면적이 넓고, 흡착할 물질이 기공 내로 잘 들어가서 강하게 붙잡아 둘 수 있는 2~50나노미터(nm) 크기의 메조기공을 효율적으로 만들 수 있다. HDEHP 농도와 반응 온도를 높일수록 메조기공의 크기가 커지는데, 그 수준을 쉽게 제어할 수 있다.

연구팀이 개발한 나노 신소재는 흡착제 1그램(g)당 136밀리그램(mg)의 우라늄을 흡착할 수 있는데, 현재 상용화 제품의 최고 성능과 동일한 수준이다. 간단히 합성할 수 있어 경제적이며, 후처리 공정이 없어 폐기물을 획기적으로 줄여 환경친화적이라는 강점도 가진다.

또한, 메조기공의 크기를 자유롭게 조절할 수 있어 흡착제뿐만 아니라 기공에 활성물질을 넣어 전달하는 운반전달체로도 활용될 수 있다.