KIST, 왕겨와 초음파로 환경호르몬 제거하는 고효율촉매 개발

KIST 물자원순환연구센터 연구팀이 새 촉매를 애용해 물속 오염물을 제거하는 실험을 하고 있다. 오른쪽이 정경원 연구원.(사진=연합뉴스 제공)

국내 연구진이 화학산업에서 널리 사용되는 환경호르몬 물질인 비스페놀A를 물속에서 효율적으로 제거할 수 있는 촉매를 개발했다. 농업부산물인 왕겨를 활용해 친환경적이고 경제성이 높으며 1시간 내 95% 이상을 없앨 수 있을 만큼 효율도 높다.

한국과학기술연구원(KIST)은 최재우 책임연구원·정경원 선임연구원팀이 왕겨 같은 폐자원을 활용해 이런 고효율 촉매를 개발했다고 28일 밝혔다.

하·폐수에는 오염물과 내분비계 교란물질인 환경호르몬이 다량 함유됐다. 인체에 심각한 영향을 미칠 수 있지만 쉽게 분해되지 않아 촉매를 이용해 하·폐수를 처리하고 있다.

기존 촉매는 시간이 지날수록 성능이 급격히 떨어지고, 높은 효율을 얻는 조건이 한정적이어서 많은 비용이 소요되는 단점이 있다.

현재까지 연구는 주로 단일 물질로 구성된 촉매제 개발과 이를 활용한 성능향상 연구방향으로 진행됐다. 환경호르몬 제거 등 친환경 나노복합 촉매제 개발에 대한 연구는 드물었다.

KIST 연구진은 물 속 오염물과 내분비계 교란물질인 환경호르몬을 제거하기 위해 농작 부산물을 이용한 친환경 바이오차(Biochar)를 활용했다. 바이오차는 산소공급이 제한된 조건에서 목재를 포함한 다양한 종류 바이오매스를 열분해시켜 만들 수 있는 고체 상태 물질이다.

연구진은 폐자원인 왕겨를 활용해 친환경적이고 높은 경제성을 만족시키는 바이오차를 구현했다. 바이오차 표면에 나노크기 이산화망간을 코팅해 나노복합체를 형성했다.

바이오차에 코팅한 이산화망간을 전자현미경으로 찍은 모습(사진=연합뉴스 제공)

나노복합체 합성 시, 높은 재현성과 안정적이고 높은 활성도의 촉매제를 구현하기 위해 광물합성법 중 하나인 높은 열과 압력을 가하는 열수합성법(Hydrothermal method)을 이용했다. 3차원 형태 계층 구조를 갖도록 했다. 넓은 표면적으로 인해 고도산화공정에 높은 효율을 보이는 것을 확인했다.

기존 촉매가 환경호르몬인 '비스페놀 A'를 80% 밖에 제거하지 못했던 조건에서 KIST 연구진이 개발한 촉매를 사용하면 1시간 이내에 95% 이상 제거하는 것으로 나타났다.

연구진은 초음파(20KHz)와 결합하면 20분 이내에 '비스페놀 A'를 100% 제거하는 것을 확인했다. 반복, 재이용 실험에서도 93% 수준 제거효율을 유지했다.

정경원 연구원은 "추가 연구를 통해 다양한 바이오매스를 활용한 '순환형 촉매'를 개발할 예정"이라고 말했다. 최재우 연구원은 "환경적·경제적 측면을 동시에 충족하는 환경호르몬 제거 시스템을 구축하는데 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

연구 결과는 '초음파 음향화학'(Ultrasonics Sonochemistry) 4월 29일 자에 실렸다.