[Techno Sigma] 유저 인터뷰 - 유기 용매 농축 회수 장치(Soltra-mini, 교토 대학교 화학 연구소 와카미야 아츠시(若宮淳志) 교수 연구실)

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교토대학교 화학연구소 복합기반화학연구계 분자집합해석연구영역 와카미야 아츠시(若宮淳志) 교수

교토대학교 화학연구소 복합기반화학연구계 분자집합해석연구영역(와카미야 연구실)의 와카미야 아츠시 교수님께, 애용 중이신 Soltra mini의 도입 목적과 선정 이유, 그리고 실제 운용 방법에 대해 연구원이신 이와사키 야스코(岩﨑保子) 님의 이야기를 함께 들어보았습니다.

연구실 URL : http://www.chem.eng.osaka-u.ac.jp/~yasuda-lab/

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Soltra-mini, GBCS-mini-Ⅰ는 1대의 장비로 가열, 냉각·응축, 가스 순환이 가능하며, 로터리 에바포레이터를 대체하여 소규모 용매 농축·재생을 효율적으로 수행할 수 있는 장비입니다.

본 장비는 폐쇄 순환계를 채택한 초소형 유기용매 농축·회수 시스템(용제 재생 장치)입니다. 증발부(20 mL / 50 mL 타입)의 용기에 용매를 넣고, 조건(가열 온도, 냉각 온도, 에어 분사 유량)을 설정한 뒤 스위치만 켜면 됩니다. 용매 가스를 외부로 누출하지 않으면서 간단하고 안전하며 신속하게 유기용매의 농축·회수·정제·재생이 가능합니다.
또한 온도와 에어 분사량을 미세 조정할 수 있어, 증발(농축) 속도를 다양한 방식으로 제어할 수 있습니다.

이런 용도에 추천합니다

• 중수소화 용매, 플루오린화(불소화) 용매의 회수·재사용
• 단결정 생성(매우 느린 농축 조건)
• 소규모 실험의 농축
• 컬럼 정제 후 분취 프랙션의 농축

본 제품은 당사가 특허를 보유한  폐쇄 순환식 용제 회수 시스템(클로즈드 용제 회수 시스템)  가운데 가장 컴팩트한 시스템입니다. 일본 국내에서 정성껏 조립하여 신뢰성·내구성이 우수하며, 수리도 가능하여 장기간 안심하고 사용할 수 있습니다.

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Q1. 연구에서 장비 도입 전, 과제라고 느끼셨던 점은 무엇인가요?

A1. (와카미야 교수)
저희 연구실은 주로 페로브스카이트(Perovskite) 태양전지의 개발 연구와 디바이스 시제품 제작을 수행하고 있습니다. 이 연구에서는 많은 양의 디바이스를 시제품 제작·평가하는 과정에서, 페로브스카이트 반도체에 포함된 납(Pb)의 회수 및 폐기가 과제였습니다. PbI₂ 등 원료는 DMF와 같은 극성 유기용매에 잘 용해되기 때문에, 디바이스 제조 시 코팅 공정뿐 아니라 사용 후 디바이스와 기구를 DMF로 세정하여 납을 포함한 물질을 용해·회수하고 있습니다.
이러한 배경으로 인해 납을 포함한 DMF 폐액 처리와 폐기물 체적(부피) 감소가 과제가 되었습니다.

Q2. Soltra-mini를 알게 된 계기와 첫인상은 어떠셨나요?

A2. (와카미야 교수)
영업 담당자분의 소개로 장비를 알게 되었습니다. 첫인상은 매우 컴팩트하다는 점, 냉각수나 진공펌프 등 유틸리티가 필요 없다는 점, 그리고 간단한 조작으로 농축이 가능하다는 점이 매력적으로 느껴졌습니다.



Q3. 장비 도입을 결정하게 된 결정적 요인은 무엇인가요?

A3. (와카미야 교수)
일반적인 감압 증류와 달리, 끓는점 이하에서 가열하는 안전성, 그리고 상압에서 농축하므로 돌비(突沸) 우려가 없다는 점이 큰 장점이었습니다. DMF는 고비점 용매이지만 상온에서도 증기압이 비교적 높기 때문에, Soltra-mini의 분사 농축 방식으로도 충분한 속도로 처리할 수 있다고 판단했습니다. 이러한 점들이 간편하고 신속하게 농축 처리를 할 수 있다는 도입의 결정적 요인이 되었습니다.

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(실제 사용 상황) 연구원 이와사키 야스코 님 인터뷰
Q4. 장비는 어떤 장면에서 사용되고 있나요?

A4. (이와사키 연구원)
시제품 디바이스에 부착된 PbI₂ 포함 물질이나 사용한 용기를 DMF로 세정한 뒤, 그 폐액을 Soltra-mini로 농축·회수하고 있습니다. 회수된 DMF는 재사용하며, 세정이 끝난 용기나 디바이스는 일반 폐기물로 처리합니다. 또한 농축(건고)된 물질은 납을 포함한 폐기물로 적절히 처리하고 있습니다.



Q5. 사용해보신 소감은 어떠신가요?

A5. (이와사키 연구원)
사용 초기에는 후드 밖에서 운용했는데도 농축 중 용매 냄새가 확산되지 않았고, 간편하고 안전하게 처리할 수 있었습니다. 현재는 후드 내에서 사용하고 있으며, 장비가 매우 컴팩트하고 100V 전원만으로 구동 된다는 점도 큰 도움이 됩니다.
농도가 낮은 용액이라면 50 mL 바이알 1개를 반나절 정도면 농축할 수 있습니다. 각 실에 1대씩 도입함으로써 농축 작업이 병목 없이 진행되어 효율적으로 운용하고 있습니다. DMF 재사용으로 폐액을 줄일 수 있었고, 납을 포함한 폐기물 양도 대폭 감소하여, 지속 가능한 연구 활동에 기여하고 있다고 느낍니다.

Q6. 사용 중 과제나 트러블이 있었다면, 해결 방법도 함께 알려주세요.

A6. (이와사키 연구원)
도입 초기에는 이미 쌓여 있던 폐액 처리 자체가 과제였습니다. 처음에는 50 mL 바이알을 하나씩 끝까지 농축한 뒤 다음으로 넘어가는 방식이었는데 처리 속도가 잘 나지 않았습니다. 그래서 낮에는 농도가 낮은 용액을 수시로 교체해 처리량을 늘리고, 어느 정도 농도가 올라간 용액은 야간에 농축하는 방식으로 운용을 변경했습니다. 그 결과 처리 효율이 개선되어 현재는 폐액이 정체되지 않고 원활하게 운용되고 있습니다.

※ 보충 : 농축 용기 내 용매량이 감소하면 가열 효율이 저하될 수 있어, 용매 종류에 따라 농축 시간이 더 오래 걸리는 경우가 있습니다.



Q7. Soltra-mini 에 향후 추가되었으면 하는 기능이 있다면요?

A7. (이와사키 연구원)
한 번은 농도가 낮은 용매 바이알을 그대로 야간 운전에 걸어버려, 다음 날 아침에 완전히 건조되어 있었던 적이 있습니다. 공회전(빈 가열)을 방지하는 기능이 있으면 더 안심하고 사용할 수 있을 것 같습니다.

※ 보충: 운전 타이머 기능을 활용하시면 장시간 공회전(빈 가열)을 예방할 수 있습니다.

Q8. 테크노시그마 제품에 대해 의견이 있다면 들려주세요.

A8. (이와사키 연구원)
페로브스카이트 태양전지 R&D에서는 막 품질이나 효율 향상 등 결과물에 관심이 집중되기 쉽지만, 동시에 시제품 제작 과정에서 발생하는 폐기물 관리도 매우 중요합니다. 특히 납과 같은 유해물질은 적절한 처리가 요구됩니다. Soltra-mini는 이러한 측면에서 매우 유용한 장비입니다. 앞으로도 연구의 “보이지 않는 뒷부분”을 받쳐주는, 스포트라이트가 덜 비추는 영역에 기여하는 제품 개발을 기대합니다.

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카탈로그 : https://www.shokokorea.co.kr/archive-kr/?mod=document&pageid=1&keyword=soltra&uid=23