경북대 김웅 교수(대학원 건설환경에너지공학부)팀이 사우디아라비아 킹사우드대 등과의 국제 공동연구를 통해 1시간 내에 유색 염료 폐수를 98% 이상 분해할 수 있는 광촉매를 개발했다고 28일 밝혔다.세계의 연간 염료 생산량은 대략 100만t으로 이로 인한 엄청난 양의 유색 폐수가 만들어지고 있다. 이러한 염료 오염물질 제거를 위해 흡착, 화학적 산화, 오존화, 응고, 막 공정, 생물학적 분해, 전기화학 공정, 광촉매 분해 등 다양한 기술이 적용되고 있다.이중 광촉매 기술은 광범위하게 적용할 수 있고 재활용이 가능해 친환경적인 기술로 평가받고 있다. 하지만 소재로 주로 이용되는 산화아연(ZnO)과 이산화티타늄(TiO2)와 같은 금속산화물은 자외선 영역에서만 사용이 가능해 분해 효율을 높이는데 제한이 있다.이를 개선하기 위해 김 교수팀은 용매열법 기술을 통해 이황화몰리브덴(MoS2)를 도핑한 철-유기물 하이브리드 복합재료로 광촉매를 개발했다. MoS2은 자외선뿐만 아니라 가시광선 영역에서도 빛을 흡수할 수 있지만 반응과정에서 생성된 전자와 전공이 빠르게 재결합하면서 에너지 효율이 감소하는 문제가 있다. 연구팀이 개발한 광촉매의 MoS2는 빛을 받으면 물을 광분해시켜 산화력이 강한 OH라디칼을 만들어냄으로써 오염물질을 분해한다. 동시에 MoS2에서 생성된 전자들이 철-유기물 하이브리드 복합재료로 이동하며 전자와 전공의 재결합을 막고 새로운 반응을 일으켜 염료의 분해 효율을 향상시켰다.연구팀은 실험을 통해 초기 농도 50mg/L에 해당하는 염료가 포함되어 있는 폐수에 개발한 촉매 투여량을 0.05mg/L, pH를 5.0으로 조정하면 1시간 내에 98% 이상 염료를 분해하는 것을 확인했다. 기존의 광촉매는 약 80%의 처리 효율을 보이며 처리 시간이 수 시간이 걸리는 한계점이 있었다.김웅 교수는 “이번에 개발한 광촉매는 넓은 표면적에서 가시광선 영역의 흡수하고 염료 오염물질의 분해 효율을 획기적으로 향상시키면서도 처리 시간을 1/3 정도로 단축시켰다”며 “지구의 환경을 위협하는 염료 폐수를 친환경적이면서도 획기적으로 처리할 수 있는 촉매기술이 개발된 것은 매우 고무적이다. 앞으로 개발된 촉매는 유기염료뿐만 아니라 폐수 내 유기성 물질에도 적용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.연구 결과는 지난 15일 세계적인 국제학술지 ‘저널 오브 헤이저더스 머티리얼즈’에 발표했다. 이번 연구는 경북대 4단계 BK21 스마트순환사회환경시스템인재양성교육단에서 진행했으며 산업통상자원부가 추진하는 산업기술혁신사업의 에너지기술개발사업 지원을 받아 수행됐다.
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