난분해성 폐수처리 새 이정표

영남대 심재진 교수팀, 나노촉매 개발… “짧은 분해 시간 등 장점”

【경산】 난분해성 폐수처리 산업에 새로운 길이 열렸다.

영남대 심재진<사진> 교수 연구팀은 산화제를 사용하지 않으며 재사용이 가능하고, 자외선뿐만 아니라 가시광선에서도 30분 내에 99% 이상 분해할 수 있는 나노구조촉매 개발에 성공해 앞으로 관련 산업에 획기적으로 이바지할 것으로 주목받고 있다.

기존의 촉매들은 자외선에서는 잘 분해하나 가시광선에서 잘 분해하지 못하고, 긴 분해시간이 소요되는 등 촉매의 재활용률이 낮은 문제점이 있었다.

이에 심 교수 연구팀은 기존 촉매의 단점을 개선하고자 마이크로파를 이용해 그래핀 담지 은-아연/철산화물 나노복합체 촉매를 청정 합성해 가시광선에서도 유기염료가 분해 가능한 촉매를 개발하는 데 성공한 것.

이번에 개발된 촉매는 마이크로파를 이용해 한 번의 자기조립반응으로 그래핀 상에 은 나노입자(10~20nm)와 아연/철산화물 입자(30~40nm)를 도포한 혼성(hybrid) 나노복합체 촉매로서 광 여기 전자-홀 쌍의 분리 및 전자전달이 쉬운 촉매적 성능이 뛰어난 구조로 되어 있다.

이 촉매는 그래핀과의 상호작용에 의해 아연/철산화물 나노입자의 합체가 방지되어 표면적이 넓고(BET 표면적 179m2/g, 기공크기 3.6 nm), 자외선과 가시광선에서 모두 활용 가능한 장점을 가지고 있다.

또 분해시간이 30분으로 짧고, 산화제(과산화수소, 과산화일황산 등)를 사용하지 않으며, 기존의 연구에 비해 분해효율이 100~300% 향상되었을 뿐만 아니라, 촉매가 자성을 가지고 있어서 사용 후 회수가 쉬워 5차례 사용하여도 광촉매활성 저하가 3% 미만으로 재활용률이 매우 높은 것으로 나타났다.

연구 책임자인 심 교수는 “이번에 개발한 그래핀-금속산화물 나노복합체 촉매는 분해가 어려운 폐기물 분해에 활용 가능할 뿐만 아니라, 화학적 산화제를 사용하지 않으며 회수해 반복적으로 사용할 수 있고, 높은 재사용 효율 및 짧은 분해 시간 등과 같은 다양한 장점이 있어 앞으로 관련 산업에 기여도가 매우 높을 것으로 기대된다”고 평가했다.

또 “앞으로 청정용매를 사용하여 에너지저장(슈퍼커패시터), 광촉매, 화학센서, 항균 바이오소재 등에 활용되는, 최고의 성능을 가진 그래핀-금속산화물 나노복합체 소재 개발을 위해 지속적으로 연구를 해 나갈 예정이다”고 밝혔다.

이번 연구결과는 `어플라이드 커텔러시스 B`(Applied Catalysis B) 온라인 판에 게재됐으며 오는 4월 학술지로 발간될 예정이다.

/심한식기자

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