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KIST 한국과학기술연구원 Korea Institute of Science and Technology

최신연구성과

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제목 약한 전기만으로 물 속 오염물을 제거한다
연구팀 물질구조제어연구센터 김종식 박사팀 조회수 850
파일첨부
- 낮은 전압으로 촉매 표면 활성화, 기존 2배 이상의 분해효율 나타내  
-  물과 전기만으로 오염물 제거, 반영구적인 수처리 촉매 상용화 앞당겨  
      
최근 강화되는 수질규제와 끊임없는 수질개선 요구가 잇따르고 있어 새로운 수처리 방식의 개발이 시급한 시점이다. 최근 더 깨끗한 물을 사용하기 위해서 하수나 폐수에 존재하는 염료, 항생제 등 기존 방식으로는 분해하기 어려운 오염물들을 효율적, 지속적으로 분해하는 공정 개발에 대한 필요성이 제기되고 있다. 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 물질구조제어연구센터 김종식 박사팀은 분해가 어려웠던 수용성 오염물들을 효율적이고 지속적으로 분해시킬 수 있는 촉매와 그에 필요한 공정을 개발했다고 밝혔다.

기존에 상용화된 공정은 오염물들을 수질에 무해한 물 및 이산화탄소 등으로 전환하는 강력한 분해제인 라디칼*을 이용하여 오염물을 분해한다. 하지만 지속적인 오염물 분해를 위한 촉매의 수명이 1회성이어서, 라디칼을 형성하는 라디칼 전구체**를 끊임없이 공급해야 하는 치명적인 단점들을 가진다.
*라디칼(Radicals) : 물에 잘 분해되지 않는 오염물들의 산화분해에 의한 물 및 이산화탄소 생성에 적용되는 산화제
**라디칼전구체(Radical precursors): 라디칼 형성을 위한 재료

KIST 연구진이 개발한 새로운 공정은 단순한 전기화학 설비로 구성되어 있으며, 추가적인 분해제의 공급이 필요하지 않다. 또한, 낮은 전압의 전원만 걸어주면 상용공정 대비 최소 2배 이상의 오염물 분해효율을 반영구적으로 제공한다. 

KIST에서 개발된 공정은 단순하고 저렴한 방법에 의하여 내구성 및 수명이 극대화된 라디칼 생성용 촉매 사용을 핵심으로 한다. 기존 공정에 적용된 촉매의 주요 역할은 라디칼 생산에만 국한되어 있는데, 이와는 대조적으로 KIST 연구진이 개발한 촉매는 단순히 라디칼을 생산하는 것 이외에 생성된 라디칼들을 촉매표면에 고정시킬 수 있다는 차별점을 지닌다. 또한, 낮은 전압만 걸어주면 촉매표면에 라디칼들을 반영구적으로 고정시킬 수 있음이 실험과학(KIST 김종식 박사) 및 계산과학(육군사관학교 정근홍 교수)으로 규명되었다. 

KIST 김종식 박사는 “이와 같은 라디칼에 의한 표면활성화 기작은 지금까지 보고된 바가 없는, 기존 수처리 촉매들의 한계를 넘어서는 창조적인 발견으로, 현재 실험·계산 융합연구 및 공정최적화 연구를 진행 중이며, 하/폐수 처리장으로 상용화될 수 있을 것으로 기대한다.”고 밝혔다.
     
본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 한국연구재단 중견핵심사업으로 수행되었으며, 연구 결과는 촉매분야 최고 수준의 과학전문지인 ‘Applied Catalysis B: Environmental’ (IF:11.698, JCR 분야 상위 1.00%) 최신호에 온라인 게재되었다.
* (논문명) Enhancing the Decomposition of Refractory Contaminants on SO42―Functionalized Iron Oxide to Accommodate Surface SO4?- Generated via Radical Transfer from OH
   - (제1저자 및 교신저자) KIST 물질구조제어연구센터 김종식 선임연구원
   - (공저자) 육군사관학교 정근홍 부교수    



<그림설명>

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(a) 개질된 산화철(Fe2O3/Fe3O4) 표면 도식
(b) Feδ+ 활성종에 의한 H2O2 분해 및 OH의 생성
(c) OH에 의한 표면 SO42- 기능기(Fe-SO42-)의 활성화 및 이에 기반한 
(d) 표면 SO4?- 라디칼(Fe-SO4?-)로의 전환

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