심재진 영남대 교수 연구팀, 독성폐수 처리용 나노촉매 개발

영남대 심재진 교수(왼쪽)와 암르 후세인 마디 연구교수.

독성폐수 처리 산업에 새로운 길이 열렸다.

영남대 화학공학부 심재진 교수 연구팀이 값싼 산화제를 사용해 페놀과 같은 독성폐수를 30분 만에 100% 분해할 수 있고, 장기간 재사용이 가능한 새로운 나노구조 촉매 개발에 성공해 향후 관련 산업에 획기적으로 기여할 것으로 주목 받고 있다.

기존의 수용성 폐수처리 촉매들은 처리에 시간이 많이 걸리고, 처리수에 중금속이 포함되며, 포집과 재사용이 불가능한 환경적·경제적 문제점이 있었다.

이러한 단점을 개선하기 위해 심 교수 연구팀은 물에 녹지 않고 자성을 가져 회수가 용이한 아연철산화물 나노입자를 초음파를 이용해 그래핀에 부착시키고, 그 위에 감마(γ) 이산화망간 나노 박편을 수열합성법으로 성장시켜 나노복합체촉매를 개발했다.

이번에 개발된 나노촉매는 값싼 산화제만을 사용하면서도 회수가 용이하고 안정적으로 장기간 재사용이 가능하며, 독성폐수에 효과가 매우 높은 장점을 가지고 있다.

또 초음파를 이용해 그래핀 상에 아연철산화물 입자(10~20㎚)를 도포하고 그 위에 2-5㎚ 두께의 이산화망간 나노 박편을 수열합성방법으로 성장시킨 나노복합체 구조를 가지고 있어 BET 표면적이 376㎡/g으로 매우 넓고 평균기공은 8㎚로서 산화제와 오염물질이 촉매표면에 쉽게 전달될 수 있다.

또한 많은 촉매활성점에서 라디칼 공급원을 활성화시킬 수 있으므로 개발된 나노혼성체 촉매는 0.2 g/L의 값싼 과산화일황산(PMS)을 이용해 30분 만에 20ppm 페놀을 100% 분해하는 등 기존의 촉매에 비해 페놀 분해에서 탁월한 촉매효과(총 유기탄소는 180분 안에 95% 제거)와 안정성을 보여줬다.

아울러 촉매의 자성 때문에 회수가 용이해 장기간 재사용이 가능함을 보여 주었다. 이 나노혼성체 촉매는 빛이 없이도 값싼 라디칼만 제공되면 오염물을 탁월하게 분해할 수 있어서 페놀 등 환경 위해물질 분해를 위한 효과적인 촉매로 사용될 수 있다.

연구 책임자인 심 교수는 “앞으로 청정용매를 사용해 에너지저장용 슈퍼커패시터 전극소재, 광촉매, 화학센서, 가스센서, 항균 바이오소재 등에 활용되는, 최고의 성능을 가진 그래핀-금속산화물 나노복합체 소재 개발 및 탄소나노양파(CNO), 맥신(MAXene), 페로브스카이트, 그래핀퀀텀닷 등의 신물질을 개발하기 위해 지속적으로 연구해 나갈 예정”이라고 밝혔다.

이번 연구는 교육부와 한국연구재단의 중점연구소사업·기본연구사업·한중핵심국제공동연구사업의 지원으로 이뤄졌으며, 청정에너지중점연구소사업단 연구교수이자 이집트 국영 석유연구소 부교수인 암르 후세인 마디 박사 등이 공동연구원으로 참여했다. 연구 결과는 ‘어플라이드 캐털리시스B’(인용지수 11.698, 상위백분율 0% 이내)에 게재되었다.

박종문기자 kpjm@yeongnam.com

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