국내 연구진이 하·폐수를 정화하는 소재로 미세 먼지 원인 물질 중 하나인 질소산화물을 활용할 방법을 찾아냈다.
한국과학기술연구원(KIST)은 극한소재연구센터 김종식, 하헌필 박사팀이 육군사관학교(KMA) 물리화학과 정근홍 교수팀과의 공동연구를 통해 하·폐수 내 난분해성 유기물을 분해할 수 있는 고효율 질소산화물(NOx) 기반 분해제(라디칼) 촉매를 개발했다고 20일 밝혔다.
오염된 물에 들어있는 페놀, 비스페놀A 등은 분해가 어려워 응집제를 넣어 바닥에 가라앉혀 제거하거나 유기물 분해제(OH라디칼)로 변하는 물질인 과산화수소(H₂O₂) 나 오존(O₃)를 주입해 유기물을 물, 일산화탄소, 이산화탄소 등으로 변환시켜 제거하는 방법이 주로 사용된다.
그러나 응집제를 사용하면 응집, 침전물을 다시 제거해야 하는 별도의 공정을 거쳐야 하고 분해제는 유기물 분해 이후 기체화돼 날아가기 때문에 일회성으로만 사용할 수 있는 한계가 있다.
연구팀은 난분해성 유기물을 효율적으로 제거할 수 있는 질소산화물 분해제를 손쉽게 만들고자 연구했다.
구체적으로 질소산화물을 잘 흡착시킬 수 있는 망간산화물 표면에 질소산화물과 산소를 150℃ 이하의 저온에 노출하면 질산염(NO₃)이 잘 생성될 수 있다는 사실을 기반으로 저가의 이산화망간(MnO₂) 표면에 질산염을 부착시키고 이를 과산화수소와 물에 넣어 질산염 분해제를 자발적으로 생성시킬 수 있음을 검증했다
연구팀은 “개발된 분해제는 기존 분해제보다 하·폐수 정화효율이 5∼7배 높다는 점이 염색 폐수 실험으로 확인됐다”며 “공정비용이 저렴해 제조단가가 기존 촉매 대비 30% 이상 낮고 일회용으로 사용되던 기존 촉매와 달리 최소 10번 이상 재사용할 수 있다”고 강조했다.
김 박사는 “국내환경기업에 해당 기술을 이전했다”며 “촉매의 대량합성이 쉽고 기존의 하·폐수 처리 공정에 바로 적용할 수 있어 수처리 산업계에 쓰일 수 있을 것”이라고 기대했다.
이번 연구 결과는 미국화학학회지(JACS) 최신 호에 게재됐다.