KIST 김종식·하헌필 박사 연구팀과 최근홍 육군사관학교 교수팀 공동
한국과학기술연구원(KIST) 김종식·하헌필 극한소재연구센터 박사 연구팀과 최근홍 육군사관학교 물리화학과 교수팀이 공동으로 미세먼지의 원인물질인 질소산화물을 이용해 하수와 폐수를 정화하는 기술을 개발했다.
수처리용 고효율 질소산화물 기반 분해제(라디칼) 촉매를 통해 하·폐수 내의 난분해성 유기물을 쉽게 분해해 깨끗하게 정화하는 시스템이다.
산업폐수나 하수에는 페놀, 비스페놀A 등 분해가 어려운 유기물질이 포함돼 있다.
그동안 물에 황산제이철이라는 응집제를 넣어 바닥에 침전시켜 제거하거나 과산화수소나 오존을 과량 주입해 유기물을 물, 일산화탄소, 이산화탄소로 변환·제거하는 방식을 사용했다.
문제는 응집제의 경우 응집, 침전물들을 다시 제거해야 하는 별도의 공정이 필요하다는 점이다.
또 분해제는 유기물 분해 이후 추가적인 분해 능력을 잃고 기체화돼 날아가게 돼 일회성에 그친다.
대안으로 기존 분해제보다 수명이 길면서 유기물 분해 능력도 우수한 NO3 분해제가 거론되고 있다.
다만 NO3 분해제는 방사성 물질 존재 하에 매우 큰 에너지를 주입하거나, 극한의 산성조건 등 까다로운 조건을 만족시켜야만 제조할 수 있다.
연구팀은 미세먼지의 원인물질인 질소산화물을 질소산화물(NO3) 분해제로 손쉽게 변환해내는 촉매 합성법을 개발했다.
질소산화물은 자동차나 발전소 등의 배기가스에서 주로 나온다.
빛과 반응해 초미세먼지로 전환돼 황산화물과 함께 심각한 미세먼지를 유발한다.
150℃ 이하의 저온의 공기 중에서 질산염을 이산화망간 촉매 표면에 고정시켰다.
촉매와 과산화수소를 물에 넣어 촉매 표면에 고정된 NO3 분해제를 생성시켰다.
수중에 주입된 과산화수소가 금속 산화물 촉매인 이산화망간에 의해 OH 분해제로 전환되고, 생성된 OH 분해제가 촉매 표면에 존재하는 NO3를 분해제로 변환시켰다.
새로 만들어진 질소산화물 분해제는 기존 분해제보다 하수, 폐수 정화효율이 5~7배 이상 높았다.
손쉽게 대량으로 생산할 수 있고 기존 분해제 촉매를 만드는 것보다 비용도 30% 가량 절감됐다.
1회용이 아닌 10번 이상 재사용 가능한 장점도 지니고 있다.
김종식 KIST 박사는 “국내 환경기업에 기술이전 된 이번 기술은 촉매 대량합성이 쉽고 기존 폐수, 하수처리 공정에도 바로 적용할 수 있기 때문에 조만간 상용화될 것으로 보인다”고 말했다.
이번 연구결과는 미국 화학회에서 발간하는 화학분야 국제학술지 ‘JACS Au’에 실렸다.
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