햇빛 받으면 녹조 주범 질산을 없앤다

포스텍 최원용 교수팀, 녹조유발물질 제거 소재 개발

POSTECH 최원용 교수팀이 구리-팔라듐 이중금속과 그래핀 옥사이드로 복합광촉매를 개발했다. 사진은 복합광촉매가 햇볕을 받아 질소이온을 질소로 변환하는 현상을 그래픽으로 표현한 것이다. POSTECH 제공

[파이낸셜뉴스] 여름철 기온이 올라갈 때마다 강과 호수를 짙은 녹색으로 물들이는 불청객 '녹조'가 찾아온다. 특히 햇볕이 강하게 내리쬐고 수온이 올라가는 여름철은 녹조가 일어나기 좋은 환경이다. 녹조가 심해지면 물속 산소가 줄어들고 이는 곧 수질 악화로 이어진다.

포항공과대학교(POSTECH) 환경공학부 최원용 교수팀이 햇빛을 쪼이면 녹조 현상을 유발하는 질산이온만 골라 질소로 바꿔주는 소재를 세계 최초로 개발했다.

연구진은 21일 "이 소재는 다른 화학약품 없이도 녹조를 방지할 수 있다"고 설명했다. 또 이 소재를 물에 넣으면 물 1L에 있는 600㎎의 질산이온을 100% 환원하는 한편, 98%가 질소로 변했다.

녹조를 일으키는 비료나 공장폐수 등에는 많은 양의 질소화합물이 들어 있다. 이를 방지하기 위해 질산이온을 질소로 전환하는 '탈질'이라 불리는 기술이 핵심 기술 중 하나다. 질산이온이 질소 가스로 바뀌면 물속에서 빠져나가게 돼 영양염류의 증가를 막을 수 있기 때문이다.

기존 탈질 공정은 고에너지는 물론 수소 가스나 메탄올, 포름산과 같은 환원제를 필요로 한다. 물론 환경에 해가 없는 태양광을 그 에너지원으로 활용하려는 시도는 계속 있어왔지만 대부분이 많은 환원제를 필요로 해 경제성이나 현실성 면에서 문제가 많았다. 물론 물을 환원제로 이용하는 방법 역시 오랜 과제로 남아 있었다.

연구진은 빛을 쬐면 생기는 정공과 전자가 일으키는 계면반응으로 산화와 환원 반응을 유도하는 반도체 소재, 광촉매에 주목했다.

연구진은 이중 금속 '구리-팔라듐' 나노입자와 그래핀 옥사이드를 품은 이산화 티타늄 기반의 광촉매를 새로 합성했다. 이 광촉매는 별다른 화학환원제가 없이도 600ppm의 질산이온을 100% 환원하는 한편, 98%가 질소로 변환되는 결과를 얻었다.

이 광촉매는 물 분해 반응을 통해 수소를 발생시키고 이 수소를 바로 환원제로 사용하는 특성을 가졌다. 화학환원제 없이도 기존의 탈질 수처리 촉매의 문제를 개선한 것이다.

특히 이 촉매는 탈질 반응 중 부산물로 생성되는 아질산 이온이 거의 생겨나지 않아 환경친화적인 특성을 가졌다는 점에서 더욱 의미 있는 성과로 주목받고 있다.

이번 연구결과는 기존의 탈질 공정의 문제를 해결한 혁신적 성과로 평가 받아 영국왕립화학회(RSC)가 발행하는 에너지 환경 분야 최고 권위 학술지 '에너지와 환경과학(Energy & Environmental Science)'지 뒷표지논문으로 선정됐다. 또한 같은 학회가 발행하는 '케미스트리 월드(Chemistry World)'가 기사를 통해 소개했다.
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