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약한 전기만으로 물 속 오염물 제거한다

낮은 전압으로 촉매 표면 활성화, 분해효율 기존 대비 2배 이상

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TIN뉴스
기사입력 2019-04-27

물과 전기만으로 오염물 제거, 반영구적인 수처리 촉매 상용화

 


하수나 폐수에 존재하는 염료, 항생제 등은 기존 방식으로는 분해하기 쉽지 않다. 이런 수용성 오염물을 효율적이고 지속적으로 분해하는 공정 개발이 국내에서 나왔다. 

 

한국과학기술연구원(KIST․원장 이병권) 물질구조제어연구센터 김종식 박사 연구팀은 분해가 어려웠던 수용성 오염물을 효율적이고 지속적으로 분해할 수 있는 촉매와 이에 필요한 공정을 개발했다고 21일 밝혔다.

 

기존에 상용화한 공정은 오염물을 수질에 무해한 물 및 이산화탄소 등으로 전환하는 강력한 분해제인 라디칼(Radicals)을 이용해 오염물을 분해하는 방식이다. 하지만 오염물 분해를 위한 촉매의 수명이 1회성이다. 따라서 산화제인 라디칼을 형성하는 재료인 라디칼 전구체(Radical precursors)를 끊임없이 공급해야 하는 치명적인 단점을 갖고 있다. 

 

이번에 KIST 연구진이 개발한 새로운 공정은 단순한 전기화학 설비로 구성돼 있다. 분해제의 추가 공급이 필요하지 않다. 낮은 전압의 전원만 걸어주면 상용공정 대비 최소 2배 이상의 오염물 분해효율을 반영구적으로도 제공한다.

 

KIST에서 개발된 공정은 단순하고 저렴한 방법에 의해 내구성 및 수명이 극대화한 라디칼 생성용 촉매 사용을 핵심으로 한다. 기존 공정에 적용된 촉매의 주요 역할은 라디칼 생산에만 국한돼 있다. 이와는 대조적으로 KIST 연구진이 개발한 촉매는 단순히 라디칼을 생산하는 것 외에도 생성된 라디칼을 촉매표면에 고정시킬 수 있다는 차별점을 지닌다.

 

또 낮은 전압만 걸어주면 촉매표면에 라디칼들을 반영구적으로 고정시킬 수 있음이 실험과학(KIST 김종식 박사) 및 계산과학(육군사관학교 정근홍 교수)으로 규명됐다.

 

김종식 박사는 “이번 라디칼에 의한 표면활성화 기작은 지금까지 보고된 바가 없는, 기존 수처리 촉매들의 한계를 넘어서는 창조적인 발견”이라며 “현재 실험·계산 융합연구 및 공정최적화 연구를 진행 중이며, 하폐수 처리장으로 상용화될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

 

연구결과((논문명 Enhancing the Decomposition of Refractory Contaminants on SO42—Functionalized Iron Oxide to Accommodate Surface SO4- Generated via Radical Transfer from OH)는 촉매분야 최고 수준의 과학전문지인 ‘Applied Catalysis B: Environmental’ 온라인판 최신호에 실렸다.

 

[용어설명]

*라디칼(Radicals) : 물에 잘 분해되지 않는 오염물들의 산화분해에 의한 물 및 이산화탄소 생성에 적용되는 산화제

**라디칼전구체(Radical precursors): 라디칼 형성을 위한 재료

 

김성준 기자 tinnews@tinnews.co.kr

 

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