흐르는 물의 힘으로 오염물 제거하는 ‘압전 나노촉매’ 개발

[산업일보]
국내 연구진이 기계적 에너지를 이용해 공기나 물에 포함된 오염물질을 제거할 수 있는 압전촉매를 개발했다.

한국연구재단은 이영인 교수 연구팀이 환경정화용 압전촉매로 표면에 산소 결함이 형성된 ‘타이타늄산바륨(barium titanate, BaTiO3) 나노입자 소재’를 개발했다고 24일 밝혔다.

연구팀에는 서울과학기술대학교 신소재공학과 이영인 교수를 비롯해 지명준 박사과정, 김정현, 류철희 석사과정이 속해 있다.

압전촉매는 주변에 버려지는 다양한 기계적 에너지를 받아들여 전기화학적 에너지로 변환하는 장점이 있다. 그러나 물이 흐르는 것과 같은 적은 에너지 수준에서는 촉매 특성이 낮아져서 높은 에너지를 가해야 하는 단점이 있었다.

이에 연구팀은 ‘검은색 타이타늄산바륨 나노입자’를 설계, 합성했다. 연구팀에 따르면, 이 나노입자 중심부의 우수한 결정성은 촉매 작용에 참여하는 전자에 높은 에너지를 부여한다. 또한 표면에 형성된 산소 결함은 촉매 반응에 참여하는 전자의 농도를 증가시킨다.

더불어, 물 흐름에 의해 발생하는 적은 에너지만으로도 압전 촉매 반응을 유도해 비스페놀 A(내분비교란물질)와 로다민 B(독성을 가진 염료) 등으로 오염된 물을 정화한다.

개발한 소재는 기존의 흰색 타이타늄산바륨 나노 입자와 비교해 오염물질 제거 성능이 약 4.3배 증가했다. 특히 정화 과정을 반복해도 제거 성능을 유지해 유체의 흐름과 같이 낮은 에너지로 작동하는 압전촉매 중 최고 수준이라고 연구팀은 설명했다.

이번 성과는 파도나 물의 흐름, 바람, 진동 및 음파 등 다양한 기계적 에너지를 이용해 대기 및 수질 정화 기술 발전에 긍정적으로 작용할 것으로 보인다. 다만, 압전촉매 자체가 또 다른 오염물질로 작용할 수 있기 때문에, 연구팀은 실용화를 위해서 활용한 입자를 제거 또는 지지체에 고정하는 기술 등에 관한 지속적인 연구가 필요할 것으로 내다봤다.

한편, 이번 연구는 교육부와 한국연구재단이 추진하는 기본 연구사업의 지원으로 수행했다.