경북대·사우디아라비아, 염료 폐수처리 효율 높인 광촉매 개발

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염료 폐수 처리 효율 높인 광촉매 개발
1시간 내에 98% 이상 분해 확인

한·사우디아라비아 공동연구팀이 지구 환경을 위협하는 염료 폐수를 친환경적이면서도 획기적으로 처리할 수 있는 촉매기술을 개발했다.

경북대는 김웅 건설환경에너지공학부 교수팀이 사우디아라비아 킹사우드대와 공동연구를 통해 1시간 내 유색 염료 폐수를 98% 이상 분해할 수 있는 광촉매를 개발했다고 29일 밝혔다.

염료 폐수를 98%이상 분해할 수 있는 광촉매를 개발한 김웅 경북대 교수
<염료 폐수를 98%이상 분해할 수 있는 광촉매를 개발한 김웅 경북대 교수>

현재 전 세계적으로 연간 염료 생산량은 대략 100만톤가량이다. 이로 인해 매년 엄청난 양의 유색 폐수가 발생한다. 염료 오염물질 제거를 위해 흡착, 화학적 산화, 오존화, 응고, 막 공정, 생물학적 분해, 전기화학 공정, 광촉매 분해 등 다양한 기술이 적용되고 있다.

이 가운데 광촉매 기술은 광범위하게 적용할 수 있고 재활용이 가능해 친환경적인 기술로 평가받고 있다. 하지만 소재로 주로 이용되는 산화아연과 이산화티타늄와 같은 금속산화물은 자외선 영역에서만 사용이 가능해 분해 효율을 높이는 데 한계가 있다.

연구팀은 용매열법 기술을 통해 이황화몰리브덴를 도핑한 철-유기물 하이브리드 복합재료로 광촉매를 개발했다. 이황화몰리브덴은 자외선뿐만 아니라 가시광선 영역에서도 빛을 흡수할 수 있지만 반응과정에서 생성된 전자와 전공이 빠르게 재결합하면서 에너지 효율이 감소하는 문제가 있다.

연구팀이 개발한 광촉매 이황화몰리브덴은 빛을 받으면 물을 광분해시켜 산화력이 강한 OH라디칼을 만들어냄으로써 오염물질을 분해한다. 동시에 이황화몰리브덴에서 생성된 전자들이 철-유기물 하이브리드 복합재료로 이동하며 전자와 전공 재결합을 막고 새로운 반응을 일으켜 염료 분해 효율을 향상시켰다.

연구팀은 실험을 통해 초기 농도 50mg/L에 해당하는 염료가 포함되어 있는 폐수에 광촉매를 투여한 결과 1시간 내에 98% 이상 염료를 분해하는 것을 확인했다.

김웅 교수는 “이번에 개발한 광촉매는 넓은 표면적 가시광선 영역에서 흡수하고 염료 오염물질 분해 효율을 획기적으로 향상시키면서도 처리 시간을 3분의 1로 단축시켰다”며 “개발한 촉매는 유기염료뿐만 아니라 폐수 내 유기성 물질에도 적용할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

한편, 산업통상자원부가 추진하는 산업기술혁신사업의 에너지기술개발사업 지원을 받고, 경북대 4단계 BK21 스마트순환사회환경시스템인재양성교육단에서 수행한 이번 연구결과는 최근 세계적인 국제학술지 '저널 오브 헤이저더스 머티리얼즈'에 소개됐다.

대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com