"화학약품 없이 살균·소독"…자외선·광촉매 수질관리기술 개발

KIST "99.9% 살균·20시간 연속 가동…가습기·수영장 등 활용 기대"

국내 연구진이 화학약품을 넣지 않고도 자외선과 광촉매를 이용해 물속의 세균 등 미생물을 효과적으로 없앨 수 있는 수질 관리 기술을 개발했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 홍석원 물자원순환연구센터장팀이 조강우 포항공대 환경공학부 교수팀과 함께 자외선(UV-A)에 의해 활성화되는 광촉매에 전기를 공급하는 전기화학적 방법으로 물을 살균·소독할 수 있는 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.

소독제로 쓰는 화학약품은 소독과정에서 장기 손상이나 암을 일으키는 독성 물질을 만들어 낼 우려가 있다.

이에 자외선(UV)이나 광촉매를 이용한 무약품 소독 기술에 대한 연구가 활발한데, 이런 기술을 구현한 시스템은 에너지 소모가 크다는 한계가 있었다.

연구진은 이번에 광촉매에 1~2V 사이의 전압을 걸어주는 것만으로 미생물을 완벽하게 없애는 수처리 시스템을 개발했다.

이 시스템에는 장파장 자외선(UV-A)을 쪼여주면 활성화되는 광촉매를 변형해 사용한다.

기존에 널리 활용돼온 광촉매 '티타니아'(TiO2)의 4가 티타늄(Ti) 일부를 3가 티타늄으로 환원, 티타니아 촉매의 전도도를 높임으로써 촉매 활성을 개선했다.

지금껏 티타니아 촉매는 전기가 잘 흐르지 않아 실제 살균·소독 시스템에 적용하기는 어려웠으나 이번에 이 문제를 해결할 가능성을 제시한 것이다.

티타니아 광촉매에 장파장 자외선을 쏘이면 전자가 발생하면서 강한 살균력이 있는 수산화라디칼(·OH)이 만들어져 살균·소독작용을 한다.

하지만 기존 광촉매에서 전자가 바로 티타니아와 재결합해 효율이 떨어졌다.

그러나 변형 티타니아 광촉매에 1~2V 전압을 가하면 전자가 재결합하는 것을 막아 수산화라디칼이 지속해서 생성된다.

연구진은 시스템을 이용할 경우 수 분 안에 물속의 미생물을 99.99% 이상 제거할 수 있었고, 20시간 이상 시스템을 연속 가동해도 살균 성능이 유지되는 것으로 나타났다고 설명했다.

홍석원 센터장은 "이번에 개발한 무약품, 친환경 정화 및 소독 기술은 가습기 등 소형 가전제품뿐 아니라 수영장에서도 활용될 수 있는 기술"이라며 "기업과 협력해 실용화가 가능할 것으로 기대한다"고 밝혔다.

연구 결과는 국제학술지 '응용 촉매 B : 환경'(Applied Catalysis B: Environmental·7월 2일자)에 실렸다.

/연합뉴스