[특별기획] 이온성 액체의 연구현황과 발전전망

174 … NICE, 제29권 제2호, 2011

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우리가 살고 있는 자연계는 우리의 몸을 위시하여 대부분 물을 기본으로 하여 이루어져 있다. 물은 빙점, 밀도, 잠열 등 여러가지 물리화학적 특성에 있어 지구 자연계의 항상성 유지에 이상적인 용매로 여겨지고 있다. 그러나 물은 소수성 물질에 대한 낮은 용해성, 좁은 액상 온도범위(100℃) 등의 제약점도 가지고 있어, 이를 극복하기 위 해 알콜류 등 각종 유기용매가 지난 수백년간 산업현장을 중심으로 광범위하게 사용되어 왔다. 이러한 기여에도 불구하고, 유기용매는 친수성 물질에 대한 낮은 용해성, 안전성, 그리고 특히 환경오염의 문제점들을 안고 있다.

이러한 상황에서 물(제1세대 용매), 유기용매(제2세대 용매)에 이어, 기존 용매들의 단점을 보완할 수 있는 새로 운 용매들에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 이에는 이온성액체(ionic liquids), 근임계수(near-critical water), 초임계유체(super-critical fluids), 불소화용매(fluorous solvents), 고분자용액(polymerized solvents) 들이 포함된다.

이온성액체는 제3세대 용매로서 기존의 물과 유기용매를 대체, 보완할 수 있는 청정용매로 국내외적으로 큰 관 심을 끌고 있다. 특히 낮은 휘발성, 열적 안정성, 넓은 액체 온도범위 등의 특성으로 Green Solvents, 그리고 수 많은 종의 합성가능(이론적으로 10

종), 각종 물리화학 및 전기적 특성의 임의조절 가능 등의 특성으로 Designer Solvents로 불리는 이온성액체는 전통 화학, 전기 분야에서부터 BT, NT, ET 등에 이르기까지 여러 과 학기술 분야에 응용되고 있으며 장차 관련 산업계에 엄청난 파급효과가 예상된다. 현재 batteries, biomass를 비 롯한 섬유소 처리공정, 이산화탄소 흡수와 같은 기체 처리, 핵연료 재처리, 식품, 제약 등의 분야에서 활발한 연구 가 진행되고 있다. 화학반응에 있어 용매는 우리 신체에 있어 피와 같이 중요한 역할을 하게 되며, 적절한 용매의 사용은 화학 및 화학공업의 효율 및 경제성에 큰 영향을 미친다. 화학반응에 사용되는 용매는 일반적으로 1. 생성 물, 생성기작, 반응속도, 평형에 미치는 영향, 2. 반응물, 생성물, 촉매, 중간물질의 안정성, 3. 적절한 반응속도를 위한 온도 등의 관점에서 선택된다. 다양한 물리화학적 특성을 보이는 이온성액체는 상기조건을 두루 만족시킬 수 있는 용매로 장차 새로운 화학반응의 창출 및 개선에 기여할 것이다. 한편 기존용매와 비교하여 유변특성은 불리 한(점도, 10~1000 cP) 것으로 알려져 있고, 상대적으로 높은 제조원가(일반적으로 kg 당 10만원 이상)를 극복 하기 위해 저렴한 유기물 등 재생가능한 원료의 사용, 효율적 재사용에 대한 연구, 그리고 독성 및 자연계에서의 분해성에 대한 연구도 진행되고 있다. 본고에서는 이온성액체의 광범위한 응용분야 중 효소반응, 결정화, CO

흡수, 바이오폴리머에의 응용을 중심으로 이온성액체의 연구현황과 발전전망에 대해 알아본다.

더불어, 세계적으로 영국의 QUILL(Queen’ s Univ. Ionic Liquids Lab.), 중국의 CHILL(Chinese Ionic Liquids Lab.), 일본의 JSIL(Japan Symp. on Ionic Liquids)이 설립되어 활발한 연구사업을 벌이고 있는 상황에서, 국내에서는 2006년 이후 인하대학교 내 이온성액체 연구회가 이온성액체에 대한 국내홍보를 유지해오고 있으나, 근 미래에 동분야 전문학술단체의 설립을 기대한다. 참고로 대표적인 이온성액체 전문 국제학술대회인 COIL (Conference on Ionic Liquids)이 제4차(Washington DC, 2011년 6월 15~10일), 5차(포르투갈, 2013년)에 이어 6차 대회 (2015년)가 우리나라에서 개최되니, 각 전공분야 여러 연구자들의 많은 관심과 적극적인 참여가 요망된다.

구 윤 모

인하대학교 생명화학공학부, [email protected]