플라즈마로 물 속 박테리아 죽이는 광촉매 효율 5배↑

2017.08.23 17:30
유리병 속 플라즈마의 모습. - Pixabay 제공
유리병 속 플라즈마의 모습. - Pixabay 제공

국내 연구진이 수질 오염물질 분해에 쓰이는 광촉매 효율을 5배 이상 높이는 제조기술을 개발했다.

 

홍용철 국가핵융합연구소 책임연구원은 한국기초과학연구원과 공동으로 수(水)처리용 광촉매의 효율을 개선하고, 대량 생산 가능성을 확인했다고 23일 밝혔다. 기존 광촉매는 효율은 낮은 반면 제조 비용은 높아 상용화가 어려웠다.

 

이산화 타이타늄(TiO₂)은 환경 분야에 가장 많이 쓰는 광촉매다. 광촉매는 빛을 받으면 하이드록시 라디칼(OH⁻)이라는 물질을 생성한다. 이 물질이 악취물질, 바이러스, 박테리아 등을 분해해 생체에 무해한 물과 이산화탄소로 바꾸는 역할을 한다.

 

하지만 이산화 타이타늄은 자외선에만 반응한다는 단점이 있다. 태양광 중 자외선 비중은 4%에 불과하기 때문에 거의 46%를 차지하는 가시광선을 활용할 수 있는 광촉매를 찾는 것이 학계의 숙제였다.

 

연구진은 별도의 열처리 과정 없이 액체 내부에서 플라즈마를 발생시키는 ‘수중 플라즈마’ 기술로 문제를 해결했다. 이산화 타이타늄 촉매 합성 과정에 이 기술을 적용하면 물이 분해되며 생기는 수소, 산소 등의 이온과 라디칼이 촉매의 표면에 결합한다.

 

이로 인해 촉매는 기존보다 표면적이 넓은 다공성 구조로 만들어진다. 표면적이 넓어진 광촉매는 외부에서 들어오는 빛의 흡수 범위를 확장시켜 기존 광촉매에서 사용하기 어려웠던 가시광선의 빛에서도 광화학 반응이 가능하다.

 

연구진은 개발한 촉매를 이용해 태양광 아래서 대장균, 포도상구균 등 미생물을 제거하는 실험에 성공했다. 그 결과 오염수가 인체에 무해한 수준까지 정화됐으며, 기존 이산화 타이타늄 광촉매보다 정화 효율이 약 5배 높아진 것으로 나타났다.

 

연구에 참여한 이현욱 한국기초과학지원연구원 연구원은 “수처리 분야에서 태양광의 효율적 활용은 매우 중요하기 때문에 이번에 제조한 촉매가 수처리 분야의 유망 물질이 될 것으로 기대한다”고 말했다.

 

이 연구결과는 국제학술지 ‘어플라이드 카탈리시스 B:환경(Applied catalysis B: Environmental)’ 15일자에 실렸다.

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