안전하고 깨끗한 물, 화학약품 없이 살균·소독한다

[아이뉴스24 최상국 기자] KIST와 포항공대 공동 연구팀이 화학약품 없이도 물 속의 박테리아와 바이러스를 완벽하게 살균할 수 있는 光전기 촉매를 개발했다. 특히 기존의 자외선 광촉매 방식에 비해 에너지 효율을 크게 높여 상용화 가능성이 기대된다.

13일 KIST 물자원순환연구센터 홍석원 센터장 연구팀은 포항공대 환경공학부 조강우 교수팀과의 공동연구를 통해 기존 광촉매의 전기전도도를 크게 향상시킨 새로운 촉매를 개발했다고 발표했다.

물을 살균·소독하기 위해 사용하는 화학약품은 독성 물질 발생 가능성이 높다. 가습기 살균제 파동이후 화학약품 소독제에 대한 불안은 더 커졌다. 이를 해결하기 위해 자외선(UV) 이나 광촉매를 이용한 무독성 친환경 소독제가 대안으로 연구되고 있지만 처리속도가 느리고 강한 자외선 출력이 요구되는 등 한계가 있었다.

KIST 연구진은 광촉매에 전기를 흘려 효율을 높이는 방법을 고안했다. 기존에 광촉매로 널리 활용되는 티타니아(TiO2)는 전기가 잘 흐르지 않지만, 4가 티타늄 일부를 3가 티타늄으로 환원하는 자가도핑 기술을 적용해 전기화학적 활성이 비약적으로 높아진 티타니아 나노튜브(TNT) 촉매를 제작했다.

연구진은 자외선 조사와 동시에 약 1~2V 사이의 전압을 촉매에 인가한 결과 물 분자를 통해 살균제(수산화 라디칼)가 대량으로 만들어지고 이를 통해 수 분 내에 박테리아와 바이러스가 99.99% 이상 제거된 것을 확인했다. 이렇게 개발된 시스템은 20시간 이상 연속 운전시에도 높은 살균성능을 유지했다.

조강우 교수(제1저자)는 "광촉매의 전기전도도를 높여 자외선과 전기를 동시에 활용함으로써 살균 성능과 에너지 효율화를 동시에 이룬 것"이라며 "LED 등 저가 광원으로 대체하고 1.5 V 배터리와의 연계성을 추가적으로 검증하면 가까운 시일내에 실용화가 가능할 것"으로 기대했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단과 환경부의 하·폐수고도 처리사업으로 수행됐으며 연구 결과는 촉매 분야 최상위 전문지인 '어플라이드 카탈리시스'(Applied Catalysis B : Environmental) 최신호에 게재됐다. (논문명:Effects of reactive oxidants generation and capacitance on photoelectrochemical water disinfection with self-doped titanium dioxide nanotube arrays)