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[뉴스기사] 빛과 전기로 물 살균 99%...수영장 화학소독제 사용 ‘0’ 가능해진다
- 작성자
- 최고관리자
- 작성일
- 19-08-19 10:37
- 조회수
- 3,859
빛과 전기로 물 살균 99%...수영장 화학소독제 사용 ‘0’ 가능해진다
화학약품을 넣지 않고도 안전하고 깨끗하게 물을 정화할 수 있는 살균·소독 기술이 나왔다. 빛과 전기로 촉매 반응만 일으키면 99% 살균이 가능해 가습기 등 실제 상용화에 근접하다는 평가다.
한국과학기술연구원(KIST)은 홍석원 물자원순환연구센터장 연구팀과 조강우 포항공대 환경공학부 교수팀이 자외선과 전원만 동시에 공급하면 물속 박테리아와 바이러스를 살균하는 촉매 시스템을 개발했다고 13일 밝혔다.
한국과학기술연구원(KIST)은 홍석원 물자원순환연구센터장 연구팀과 조강우 포항공대 환경공학부 교수팀이 자외선과 전원만 동시에 공급하면 물속 박테리아와 바이러스를 살균하는 촉매 시스템을 개발했다고 13일 밝혔다.
자가도핑한 티타니아를 이용해 수중 대장균의 소독 효율을 측정한 결과(오른쪽). /한국과학기술연구원 제공수영장 등에서 사용하고 있는 화학약품 물 소독제는 소독 과정에서 불가피하게 독성 물질을 만들어낸다. 이런 문제점을 해결하기 위해 빛을 받으면 강력한 산화 소독제를 생성하는 반도체 금속 산화물 촉매에 대한 연구가 활발하다.
하지만 금속 산화물 촉매를 이용하는 방법은 화학약품에 비해 상대적으로 처리 속도가 느리고 전력 등 에너지를 소비한다는 한계점을 갖고 있다. 연구팀은 문제점 보완을 위해 금속 촉매에 자가도핑 기술을 적용했다.
자가도핑은 금속 내에 일종의 불순물을 만들어 전기가 잘 통하거나 반대로 잘 흐르지 못하도록 내부 성질을 강화하는 재료 합성 기술이다. KIST 연구진은 이 자가도핑 기술을 기존 금속 촉매인 ‘티타니아(TiO₂)’ 물질에 사용했다.
광촉매인 티타니아는 자외선을 받아 물 분자(H2O)를 분해하고 소독능력을 갖춘 ‘수산화 라디칼(·OH)’을 생성한다. 그동안 티타니아는 효율이 낮은 것이 문제였다.
자가도핑한 티타니아는 전기가 잘 흐르지 않았던 성질에서 전기전도도가 뛰어난 나노 구조의 금속으로 재탄생했다. 연구진이 티타니아가 자외선을 이용해 산화 반응을 일으킬 때 전기가 더 잘 흐르게 해 살균 소독의 효율을 높인 것이다.
연구진은 약 1~2볼트(V) 사이 전압으로 수산화 라디칼의 발생 속도와 소독 효율을 향상시켰다. 이에 따라 향후 1.5V 배터리와 연계하고, LED 등 저가 광원을 사용하면 실용화 가능성이 높을 것으로 보인다.
실제 실험 결과, 티타니아 촉매는 수 분 내 박테리아와 바이러스를 99.99% 이상 완벽하게 제거하는 것으로 나타났다. 또 20시간 이상 연속 사용해도 높은 살균성능을 유지했다.
홍석원 센터장은 "이번 연구를 통해 개발된 무약품·친환경 정화 및 소독 기술은 소형 가전제품뿐 아니라 수영장에서도 활용될 수 있는 기 술"이라며 "향후 기업과의 산학협력을 통한 실용화를 기대한다"라고 말했다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 기초연구실사업 및 환경부 하·폐수고도 처리사업으로 수행됐다. 연구 결과는 촉매 분야 최고 수준 과학전문지인 ‘어플라이드 카탈리시스B(Applied Catalysis B : Environmental, IF : 14.23) 최신호에 실렸다.
하지만 금속 산화물 촉매를 이용하는 방법은 화학약품에 비해 상대적으로 처리 속도가 느리고 전력 등 에너지를 소비한다는 한계점을 갖고 있다. 연구팀은 문제점 보완을 위해 금속 촉매에 자가도핑 기술을 적용했다.
자가도핑은 금속 내에 일종의 불순물을 만들어 전기가 잘 통하거나 반대로 잘 흐르지 못하도록 내부 성질을 강화하는 재료 합성 기술이다. KIST 연구진은 이 자가도핑 기술을 기존 금속 촉매인 ‘티타니아(TiO₂)’ 물질에 사용했다.
광촉매인 티타니아는 자외선을 받아 물 분자(H2O)를 분해하고 소독능력을 갖춘 ‘수산화 라디칼(·OH)’을 생성한다. 그동안 티타니아는 효율이 낮은 것이 문제였다.
자가도핑한 티타니아는 전기가 잘 흐르지 않았던 성질에서 전기전도도가 뛰어난 나노 구조의 금속으로 재탄생했다. 연구진이 티타니아가 자외선을 이용해 산화 반응을 일으킬 때 전기가 더 잘 흐르게 해 살균 소독의 효율을 높인 것이다.
연구진은 약 1~2볼트(V) 사이 전압으로 수산화 라디칼의 발생 속도와 소독 효율을 향상시켰다. 이에 따라 향후 1.5V 배터리와 연계하고, LED 등 저가 광원을 사용하면 실용화 가능성이 높을 것으로 보인다.
실제 실험 결과, 티타니아 촉매는 수 분 내 박테리아와 바이러스를 99.99% 이상 완벽하게 제거하는 것으로 나타났다. 또 20시간 이상 연속 사용해도 높은 살균성능을 유지했다.
홍석원 센터장은 "이번 연구를 통해 개발된 무약품·친환경 정화 및 소독 기술은 소형 가전제품뿐 아니라 수영장에서도 활용될 수 있는 기 술"이라며 "향후 기업과의 산학협력을 통한 실용화를 기대한다"라고 말했다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단 기초연구실사업 및 환경부 하·폐수고도 처리사업으로 수행됐다. 연구 결과는 촉매 분야 최고 수준 과학전문지인 ‘어플라이드 카탈리시스B(Applied Catalysis B : Environmental, IF : 14.23) 최신호에 실렸다.