2021년 01월 23일(토)

에너지경제

고려대 김영근 교수팀, 새로운 형태의 폐수처리용 메조결정 개발

송기우 kwsong@ekn.kr 2020.12.24 18:04:43

난분해성 유기오염물질 분해하는 다성분 메조결정 나노입자로 오염수 처리에 범용적 활용 기대

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▲ 김영근 교수(교신저자. 왼쪽)와 고민준 박사과정생(제1저자) (사진=고려대)

[에너지경제신문 송기우 에디터] 고려대학교(총장 정진택)는 공과대학 신소재공학부 김영근 교수 연구팀이 자성과 광촉매 특성을 동시에 갖춘 다성분 메조결정 나노입자를 개발하여 높은 효율로 오염수에 존재하는 난분해성 유기오염물질을 분해하고 재사용할 수 있음을 확인했다.

오염수에는 쉽게 분해되지 않는 플라스틱 첨가제, 살충제, 살균제를 포함한 유기오염물질이 많이 존재하고 있다. 이러한 오염물질을 효과적으로 제거하기 위하여 오존 산화, 과산화수소 광분해, 펜톤(Fenton) 산화기술 등에 관한 연구가 진행됐다. 그러나, 높은 제조 및 처리비용, 수용액에서의 응집, 사용한 촉매의 분리와 재사용의 어려움으로 한계가 있었다.

연구진은 산화철(Fe3O4) 메조결정에 폴리아크릴레이트 (polyacrylate)를 코팅하여 고분자 중합 유도 성장을 이용하여 산화철(Fe3O4), 아연페라이트(ZnFe2O4), 산화아연(ZnO) 세 가지 종류의 단위결정으로 구성된 다성분 메조결정 나노입자를 합성했다.

다성분 메조결정 나노입자는 자외선이 아닌 가시광선을 흡수하여 과산화수소(H2O2)를 수산화 라디칼(?OH)로 분해하여 유기오염물질 모델로 사용된 메틸렌 블루(Methylene Blue)분자를 1시간 내에 모두 분해하는 특성을 보였다. 다성분 메조결정 나노입자는 선행연구에서 사용된 촉매소재 대비 20분의 1 낮은 농도에서 비슷하거나 더 뛰어난 특성을 보이며, 자기장으로 회수하여 5회 재사용하는 과정에서 광촉매 특성과 분산 안정성이 유지됨을 확인했다.

연구팀은 "다성분 메조결정 나노입자는 태양광을 이용한 광촉매 활성과 자기장으로 회수한 이후에도 오염수에 쉽게 분산되는 성질을 가지고 있어 대량의 오염수를 동시에 처리하고 재활용할 수 있으며, 기존 사용되는 촉매들의 한계점으로 지적되는 높은 제조 및 처리비용, 사용한 촉매의 분리 및 2차 오염의 문제를 해결할 가능성이 있다."라고 연구의 의의를 설명했다.

이번 연구 성과는 과학기술정보통신부 중견연구자 지원사업과 산업통상자원부 핵심소재부품기술개발사업의 지원으로 수행됐다. 나노기술 분야 국제학술지인 스몰(Small)에 현지시간 12월 22일자 표지 논문으로 게재됐다.



그림1

▲ (그림1) 다성분 메조결정 나노입자의 합성과정. (a)폴리아크릴레이트를 이용한 고분자 중합 유도 이종 핵 생성 및 성장과정. (b)합성한 다성분 메조결정 나노입자의 투과전자현미경 이미지.



그림2

▲ (그림2) 다성분 메조결정 나노입자를 이용한 광촉매 특성. (a)다성분 메조결정 나노입자의 수산화 라디칼 생성 메커니즘. (b)가시광을 이용한 다성분 메조결정 나노입자의 유기오염물질 분해능. (c)재사용 테스트 결과. (이미지=고려대)

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