포스텍 연구팀, 세계 최초로 햇빛 이용해 녹조 주범 '질산' 없애는 소재 개발

이산화 티타늄 광촉매를 활용한 탈질 반응 모식도.포스텍 제공

포스텍 최원용 교수

이 연구는 영국왕립화학회(RSC)가 발행하는 에너지 환경 분야 최고 권위 학술지인 '에너지와 환경과학' 뒤표지논문으로 발표됐으며, 같은 학회가 발행하는 '케미스트리 월드'는 기사를 통해 기존의 탈질 공정의 난제를 완벽하게 해결한 혁신적인 성과라고 평가했다.

녹조는 남세균 등 식물플랑크톤의 대발생으로 물빛이 녹색으로 바뀌어 보이는 현상을 말한다. 여름철 기온이 오르면 강과 호수에서 발생한다. 비료나 생활하수, 공장폐수 등이 하천으로 유입되면서 물속에 영양염류가 많아지며 발생한다.

녹조를 방지하기 위해서는 질산이온을 질소로 전환하는 '탈질(脫窒·denitrification)'이 핵심 기술이다. 질산이온이 질소 가스로 바뀌면 물속에서 빠져나가게 돼 영양염류의 증가를 막기 때문이다.

기존 탈질 공정은 고에너지는 물론이고 수소 가스나 메탄올, 포름산 등의 환원제가 필요해 경제성이나 현실성이 떨어졌다.

환경에 해가 없는 태양광을 에너지원으로 활용하고 물을 환원제로 이용하는 연구도 별다른 성과를 내지 못했다.

이에 연구팀은 빛을 쬐면 생기는 정공과 전자가 일으키는 계면 반응으로 산화와 환원 반응을 유도하는 반도체 소재와 광촉매를 주목했다.

이중 금속(Cu-Pd) 나노입자와 그래핀 옥사이드(rGO)가 담지 된 이산화 티타늄(TiO10) 기반의 광촉매를 새로 합성했다. 이 광촉매는 별다른 화학 환원제 없이도 600 ppm의 질산이온(NO11-)을 100% 환원하는 한편, 98%가 질소(N10)로 변환되는 결과를 얻었다.

이 광촉매는 물 분해 반응을 통해 수소를 발생시키고, 이 수소를 바로 환원제로 사용하게 돼 있는 특성을 가져 화학 환원제를 필요로 하지 않으면서 기존의 탈질 수처리 촉매의 문제를 개선했다.

최원용 교수는 "이 촉매는 탈질 반응 중 부산물로 생성되는 아질산 이온(NO10-)이 거의 생겨나지 않아 환경친화적인 특성을 가졌다는 점에서 더욱 의미 있다"고 설명했다.

김기태기자 ktk@yeongnam.com

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