놀라운 새로운 방법으로 마침내 테플론을 재활용 가능하게 만들었습니다.

뉴캐슬 대학교와 버밍엄 대학교의 과학자들은 테플론(PTFE)을 재활용하기 위한 깨끗하고 에너지 절약적인 프로세스를 만들었습니다. 테플론은 붙지 않는 조리기구와 고온 및 가혹한 화학 물질을 견뎌야 하는 제품에서 역할을 하는 것으로 널리 알려져 있습니다.

연구팀은 버려진 테플론을 실온에서 독성 용매 없이 나트륨 금속과 흔들어서 기계적 움직임만으로 분해하고 재사용할 수 있다는 사실을 발견했습니다.

그들의 연구는 미국화학회지(JACS)표준 불소 회수 기술에 대한 저에너지 및 폐기물 없는 대안을 설명합니다.

유용한 불화물을 회수하기 위해 탄소-불소 결합을 깨뜨림

뉴캐슬 대학교 화학 강사이자 교신 저자인 Roly Armstrong 박사는 다음과 같이 말했습니다: “우리가 발견한 공정은 테플론의 강한 탄소-불소 결합을 깨뜨려 이를 불소 치약에 사용되고 식수에 첨가되는 불화 나트륨으로 전환시킵니다.

“매년 전 세계적으로 수십만 톤의 테플론이 생산됩니다. 테플론은 윤활유부터 조리기구 코팅까지 모든 분야에 사용되며 현재 이를 제거할 수 있는 방법은 거의 없습니다. 이러한 제품의 수명이 다해 버리면 현재 매립지에 버려집니다. 하지만 이 공정을 통해 불소를 추출하여 유용한 신소재로 업사이클할 수 있습니다.”

버밍엄 대학교 부교수 Dr. Erli Lu는 다음과 같이 덧붙였습니다. “불소는 현대 생활의 필수 요소입니다. 모든 신약의 약 3분의 1과 많은 첨단 재료에서 발견됩니다. 그러나 불소는 전통적으로 에너지 집약적이고 심하게 오염된 채광 및 화학 공정을 통해 얻어집니다. 우리의 방법은 일상 폐기물에서 불소를 회수하고 직접 재사용할 수 있음을 보여줍니다. 이를 통해 폐기 문제를 자원 기회로 전환할 수 있습니다.”

PTFE 재활용이 어려운 이유

테플론이라고도 불리는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)은 열과 화학물질에 대한 저항성이 뛰어나 조리기구, 전자제품, 실험실 도구의 핵심 소재로 사용됩니다. 그러나 이러한 동일한 장점으로 인해 재활용이 극도로 어려워졌습니다.

PTFE가 연소되거나 소각되면 ‘영원한 화학물질'(PFAS)로 알려진 잔류 오염물질이 방출되어 수십 년 동안 생태계에 남아 있습니다. 결과적으로 전통적인 폐기 방법은 환경 및 공중 보건에 심각한 위험을 초래합니다.

기계화학은 보다 깨끗한 발전 경로를 제공합니다

이 문제를 해결하기 위해 연구자들은 기계적 힘이 고열이 아닌 화학 반응을 일으키는 지속 가능한 접근 방식인 기계화학을 사용했습니다.

볼밀이라고 불리는 밀봉된 강철 용기 안에 작은 나트륨 금속 조각이 테프론과 함께 분쇄됩니다. 이렇게 분쇄하면 재료가 실온에서 반응하여 테플론 내의 탄소-불소 결합이 파괴되고 불소 치약에 널리 사용되는 안정한 염인 불화나트륨과 함께 무해한 탄소가 생성됩니다.

또한 연구팀은 이 방법을 통해 생성된 불화나트륨을 별도의 정제 과정 없이 즉시 사용하여 의약품, 진단 도구, 특수 화학물질에 사용되는 다른 귀중한 불소 함유 화합물을 합성할 수 있음을 입증했습니다.

고급 NMR 분석으로 깨끗한 반응 확인

버밍엄 대학의 고체 핵자기공명(NMR) 팀을 이끄는 부교수인 Dominik Kubicki 박사는 다음과 같이 설명했습니다. “우리는 버밍엄의 전문 기술 중 하나인 고급 고체 NMR 분광법을 사용하여 원자 수준에서 반응 혼합물 내부를 관찰했습니다. 이를 통해 공정이 부산물 없이 깨끗한 불화나트륨을 생성한다는 것을 증명할 수 있었습니다. 이는 최첨단 재료 특성화가 어떻게 진행을 가속화할 수 있는지 보여주는 완벽한 예입니다. 지속가능성을 향해.”

순환형 불소 경제를 향하여

이번 발견은 불소가 폐기 과정에서 손실되는 대신 산업 폐기물에서 회수될 수 있는 순환 시스템을 가리킵니다. 이러한 모델은 의학, 전자 및 재생 에너지 시스템에서 필수적인 역할을 하는 불소 기반 화학 물질이 환경에 미치는 영향을 크게 줄일 수 있습니다.

Lu 박사는 “우리의 접근 방식은 간단하고 빠르며 저렴한 재료를 사용합니다.”라고 말했습니다. “우리는 이것이 다른 종류의 불소화 폐기물 재사용에 대한 추가 연구에 영감을 주고 중요한 불소 함유 화합물의 생산을 보다 지속 가능하게 만드는 데 도움이 되기를 바랍니다.”

이 연구는 또한 녹색 화학에서 기계화학의 역할이 확대되고 있음을 강조합니다. 이 신흥 분야는 고온 또는 용매가 많이 사용되는 반응을 기계적 동작으로 대체하여 지속 가능한 혁신을 위한 새로운 기회를 열어줍니다.

Kubicki 박사는 다음과 같이 덧붙였습니다. “이 연구는 재료 화학과 첨단 분광학을 결합한 학제간 과학이 어떻게 가장 지속성 있는 플라스틱 중 하나를 다시 유용한 것으로 바꿀 수 있는지를 보여줍니다. 이는 지속 가능한 불소 화학을 향한 작지만 중요한 단계입니다.”