태양빛으로 물 깨끗하게~

2014.10.26 18:00

국내 연구진이 태양빛을 이용해서 수질을 정화하는 광촉매의 효율을 획기적으로 높인 연구 결과를 발표했다.


이주한 한국기초과학지원연구원(KBSI) 물성과학연구부 박사팀과 이영석 충남대 정밀응용화학과 교수팀은 오염물질 정화 효율을 높이고 인체에 무해한 친환경 이산화티타늄(TiO2) 광촉매 재료를 개발했다고 26일 밝혔다.

 

왼쪽부터 기초과학지원연구원 이주한, 이현욱 박사, 충남대학교 정밀응용화학과 이영석 교수, 이순창 박사과정생. - 기초과학지원연구원 제공
왼쪽부터 기초과학지원연구원 이주한, 이현욱 박사, 충남대학교 정밀응용화학과 이영석 교수,
이순창 박사과정생. - 기초과학지원연구원 제공

광촉매란 빛에 반응해서 오염물질을 분해하는 촉매로, 이산화티타늄은 최근 가장 주목받고 있는 광촉매 재료다. 하지만 현재 사용 중인 이산화티타늄 광촉매는 자외선 영역에서만 반응하기 때문에 태양광 에너지의 4% 정도만 활용할 수 있어 효율성이 낮았다.


연구팀은 이산화티타늄을 나노미터(nm, 1nm=10억 분의 1m) 크기의 튜브 모양으로 제작해 태양빛과 반응하는 표면적을 넓히고 여기에 소량의 황(S)을 첨가해 가시광선과도 쉽게 반응할 수 있도록 만들었다. 실험 결과 연구팀이 만든 광촉매는 자외선뿐 아니라 가시광선에까지 반응해 태양광 에너지의 46% 정도를 활용할 수 있는 것으로 나타났다.

 

친환경 이산화티타늄의 확대 이미지. (a) 3차원 구조의 친환경이산화티타늄 나노튜브가 일정하고 빽빽하게 수 마이크로미터 크기로 정렬되 있다, (b) 나노튜브를 확대한 모습. 거친 표면과 많은 빈 공간이 넓은 표면적을 가지게 한다, (c, d) 나노미터 단위로 확대한 촉매의 모습. 일정한 크기로 균일하게 이루어져 있다는 것을 확인할 수 있다. - 기초과학지원연구원 제공
친환경 이산화티타늄을 확대한 모습(a). 3차원 구조의 친환경이산화티타늄 나노튜브가 일정하고 빽빽하게 수 마이크로미터 크기로
정렬되 있다(b). 나노튜브를 확대하니(c) 거친 표면과 빈 공간 많아 표면적이 넓다(d). - 기초과학지원연구원 제공

특히 연구진은 새로 만든 촉매로 오염물을 분해하는 실험과 함께 정화한 물이 살아있는 세포에 안전한지도 추가로 확인했다. 색깔을 띠는 화학 염료를 물에 섞은 뒤 분해 능력을 측정하고 햄스터와 원숭이, 인체 간암세포를 이용해서 인체 유해성을 검사한 것이다. 실험 결과 연구팀이 개발한 광촉매로 정화한 물은 살아있는 세포에 아무런 해를 끼치지 않았다.


이주한 박사는 “이산화티타늄 광촉매의 효율을 높인 것은 물론 인간에게 무해한 수준으로 물을 정화할 수 있다는 사실을 확인했다는 점에서 큰 의미가 있다”고 말했다.


이번 연구 결과는 국제학술지 네이처의 자매지 ‘사이언티픽 리포트’ 23일자에 게재됐다.

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