빛 없이도 산업폐수 분해…경희대, 고효율 수처리 촉매 개발
일반 하수처리로는 제거하기 어려운 산업폐수와 의약물질 등을 빛 없이도 빠르게 분해하는 고효율 촉매 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

경희대는 화학공학과 김종식 교수 연구팀이 이산화티타늄(TiO₂) 표면을 정밀하게 제어해 기존 촉매보다 최대 32배 빠르게 유기 오염물을 분해하는 촉매를 개발했다고 24일 밝혔다.

연구 결과는 소재 분야 국제학술지 'Journal of Materials Chemistry A'(IF 9.2) 7월호 표지논문으로 실렸다.

현재 산업폐수와 하·폐수 처리에는 강력한 산화 라디칼을 만들어 오염물을 분해하는 '고도산화공정(AOP)'이 널리 쓰인다. 다만 기존 이산화티타늄 촉매는 빛이 있어야 작동하는 데다 수질 환경에 따라 성능 편차가 크다는 한계가 있었다.

연구팀은 이산화티타늄을 수소 기체로 처리해 표면의 브뢴스테드산과 루이스산 비율을 정밀하게 조절하는 방식으로 이 문제를 풀었다. 그 결과 과산화수소가 빛 없이도 안정적으로 분해되면서 산화 라디칼을 지속적으로 만들어내는 메커니즘을 구현했다. 연구팀은 브뢴스테드산이 반응을 촉진하는 핵심 요소라는 사실을 규명하고, 과산화수소 균일쪼개짐 반응의 속도식을 세계 최초로 유도·증명했다.

새 촉매는 수중 유기 오염물을 기존 촉매보다 최대 32배 빠르게 분해했다. 10회 이상 반복 사용할 수 있었고, 재생 처리 이후에도 초기 성능의 70% 이상을 유지해 내구성과 경제성도 확보했다.

김종식 교수는 "빛이 없는 환경과 다양한 수질 조건에서도 안정적으로 라디칼을 생성하는 촉매를 제시했다"며 "고도산화공정의 상용성을 높여 산업폐수와 난분해성 오염물 처리 기술의 경쟁력을 끌어올릴 것으로 기대한다"고 말했다.

연구팀은 이번 기술의 특허를 출원·등록했으며, 올해 하반기 기업 기술이전을 추진할 계획이다. 이번 연구는 고부가 첨단 석유화학소재 전문인력양성사업과 4단계 BK21 사업의 지원을 받아 수행됐다.
수원=정진욱 기자