국내 대학이 이집트 과학자와 공동으로 산화제를 사용하지 않고 폐수를 처리할 수 있는 친환경 나노 촉매를 개발했다.
심재진 영남대 화학공학부 교수는 이집트 국영석유연구소와의 협력 연구로 산화제 없이 폐수를 30분 안에 99% 이상 분해할 수 있는 나노 구조 촉매를 개발했다고 9일 밝혔다.
이번에 개발한 나노 촉매는 재사용이 가능하고, 자외선뿐만 아니라 가시광선에서도 분해할 수 있어 앞으로 폐수처리 산업에서 대전환점이 될 것으로 기대된다.
기존 촉매는 자외선에서는 잘 분해시키지만 가시광선에서는 잘 분해시키지 못하는 단점이 있다. 분해에 걸리는 시간이 길고 촉매를 재활용할 수도 없었다.
심 교수 연구팀은 기존 촉매의 단점을 개선하기 위해 마이크로파를 이용했다. 은-아연/철산화물 나노복합체 촉매를 합성, 가시광선에서도 유기염료 분해가 가능한 촉매를 개발하는 데 성공했다.
촉매는 한 번의 자기 조립 반응으로 그래핀 상에 은 나노 입자(10~20㎚)와 아연/철산화물 입자(30~40㎚)를 도포한 혼성(hybrid) 나노복합체 촉매로서의 촉매 기능을 극대화한 구조로 되어 있다.
또 그래핀과 상호작용에 의해 아연/철산화물 나노 입자의 합체가 방지돼 표면적이 넓고, 자외선과 가시광선에서 모두 활용할 수 있다.
폐수 분해는 30분 안에 가능하고, 과산화수소나 과산화일황산 등 산화제를 사용하지 않는다. 기존의 촉매에 비해 분해 효율을 최고 300%까지 향상시켰다.
사용 후에는 회수가 쉬워서 다섯 차례 사용해도 광촉매 활성 저하가 3% 미만으로, 재활용률이 매우 높은 것으로 나타났다.
심 교수는 “이번에 개발한 그래핀-금속산화물 나노복합체 촉매는 분해가 어려운 폐기물의 분해에 활용할 수 있을 뿐만 아니라 회수해서 반복 사용할 수 있다”면서 “높은 재사용 효율 및 짧은 분해 시간이 장점”이라고 설명했다.
심 교수는 앞으로 청정 용매를 사용해 에너지저장(슈퍼커패시터), 광촉매, 화학센서, 항균 바이오 소재 등에 활용되는 고성능의 그래핀-금속산화물 나노복합체 소재 개발을 위해 후속 연구를 진행할 계획이다.
이번 연구는 한국연구재단이 주관하는 개발도상국지원사업(외국인과학기술자 국내초청연수사업)으로 진행됐다. 연구에는 암르 후세인 마디 후세인 이집트 국영 석유연구소 선임연구원(박사), 마조리 라라 바이노사 필리핀국립대 교수, 디르크 투마 독일 연방재료시험연구소(BAM) 박사가 참여했다.
연구 결과는 최근 촉매 관련 전문지 `어플라이드 커탤러시스 B` 온라인 판에 게재됐으며, 오는 4월 학술지로 발간될 예정이다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
