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경희대 화학공학과 김종식 교수팀이 폐수의 오염물을 빠르고 효율적으로 분해할 수 있는 촉매 기술을 개발했다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘Journal of Materials Chemistry A, (IF=9.2)’ 표지로 선정됐다.
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[대학저널 온종림 기자] 경희대학교 화학공학과 김종식 교수 연구팀이 폐수의 오염물을 빠르고 효율적으로 분해할 수 있는 촉매 기술을 개발했다.
오염된 물을 정화하는 대표적인 방법인 ‘고도산화공정(AOP)’은 강력한 산화 라디칼을 생성해 유기 오염물을 태우듯 분해한다. 가장 널리 쓰이는 소재는 이산화티타늄(TiO2)으로, 빛을 쬐면 라디칼을 생성한다. 하지만 이 방식은 물의 산성도(pH)나 녹아 있는 화학 물질에 따라 라디칼 생산성이 크게 변하고, 가시광선에서 잘 작동하도록 소재 물성을 변화시키면 오히려 생성되는 라디칼의 종류가 줄어드는 한계가 있었다.
김종식 교수 연구팀은 이산화티타늄을 빛에 쬐는 대신 수소 기체로 표면을 미세하게 다듬어 표면의 브뢴스테드·루이스 산을 정밀하게 조절했다. 그러자 과산화수소(H2O2)가 빛없이도 균일하게 쪼개지며 라디칼의 생산성을 높인다는 사실을 발견했다. 김종식 교수 연구팀은 이 반응을 촉진하는 핵심이 브뢴스테드 산임을 밝혀냈고, 과산화수소 균일쪼개짐 기작의 속도법(rate law)을 세계 최초로 유도·증명했다.
이번 연구는 이산화티타늄을 브뢴스테드·루이스 산의 저장소로 새롭게 정의했다. 표면이 최적화된 이산화티타늄은 수중에 녹아 있는 각종 유기 오염물들을 기존 촉매 대비 최대 32배 빠르게 분해하고, 10회 이상 재사용이 가능하다. 또한 재생 처리 후에도 처음 성능의 70% 이상을 유지하며 실용성도 향상됐다.
김종식 교수는 “빛이 없어도, 가혹한 수중 조건에서도 안정적으로 라디칼을 유발하는 촉매를 새롭게 제시했다. 수처리 현장에서 고도산화공정의 상용성을 견인하는 기술로 이어질 것”이라고 말했다.
이번 연구 결과는 소재 분야 국제 학술지 『Journal of Materials Chemistry A, (IF=9.2)』에 7월 호 표지논문으로 게재됐다.
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