캡슐형 흡착 소재로 희토류 회수… 산업 자원 순환에 새 가능성 열어

한국과학기술연구원(KIST) 정경원 책임연구원과 서울대학교 이창하 교수 공동 연구팀이 폐 영구자석에서 희토류 금속(네오디뮴, 디스프로슘)을 효율적으로 회수할 수 있는 친환경 캡슐형 흡착 소재를 개발했다. 이번 연구는 한국연구재단의 나노소재기술개발사업의 지원을 받아 진행됐으며, 연구 결과는 국제학술지 *어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)*에 표지 논문으로 게재됐다.

희토류는 전자제품, 의료기기, 전기차, 재생에너지 등 첨단 산업에서 필수적인 자원으로, 수요가 꾸준히 증가하고 있다. 그러나 매장량이 특정 국가에 집중돼 있어 자원 무기화 우려가 크다. 이에 따라 자원 순환 체제 구축과 폐기물에서 희토류를 회수하는 기술이 주목받고 있다.

기존 기술의 한계 극복
희토류 회수 기술에는 금속유기구조체(MOF)가 활용되지만, MOF는 나노 분말 형태로 합성돼 대규모 공정에서 분리와 제어가 어려운 한계가 있었다. 연구팀은 약 3mm 크기의 고분자 캡슐 내부에 MOF를 직접 성장시키는 새로운 하이브리드 합성 전략을 제안했다. 이 방식은 역확산과 상변환 기법을 결합해 고분자 캡슐 내부에만 MOF 나노 입자를 선택적으로 성장시킬 수 있다.

개발된 소재는 네오디뮴과 디스프로슘에 대해 각각 463.59 mg/g, 580.84 mg/g의 회수 성능을 기록하며, 이는 현재까지 보고된 희토류 회수 소재 중 가장 높은 성능이다. 또한, 다양한 불순물이 포함된 폐 영구자석 침출액에서도 희토류 금속만 선택적으로 회수할 수 있었으며, 5회 재사용 후에도 높은 효율을 유지했다.

KIST 정경원 책임연구원은 “캡슐형 흡착 소재는 희토류 자원 순환 체제 구축에 크게 기여할 것”이라며 “추가 연구를 통해 다양한 환경 문제 해결과 나노 소재 대형화에도 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다. 해당 기술은 희토류 회수뿐만 아니라 기체 저장, 이산화탄소 포집, 촉매 등 다양한 산업 분야에 응용 가능성이 높아 지속 가능한 발전에 기여할 것으로 기대된다.

이번 성과는 희토류 회수 기술의 실용화를 가로막았던 기존 소재의 한계를 극복하며, 첨단 산업의 자원 순환과 안정적 공급망 구축을 위한 새로운 가능성을 열었다. 연구진은 이를 통해 재생 에너지와 전기차 산업 등에서 발생하는 폐기물로부터 자원을 회수해 환경 보호와 산업 발전에 기여할 계획이다.