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안전하고 깨끗한 물, 화학약품 없이 살균 소독한다

등록일 : 2019-08-13

물자원순환연구센터 홍석원 박사팀

조회수 : 2689

파일첨부 :

- 광전기 촉매를 이용한 친환경, 약품 정화 및 소독 기술 개발

- 99.9% 살균 능력, 향후 안전한 가습기 및 소독약 냄새없는 수영장 등 활용 기대


 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 물자원순환연구센터 홍석원 센터장 연구팀은 포항공대(POSTECH, 총장 김도연) 환경공학부 조강우 교수팀과의 공동연구를 통해, 화학약품 없이도 자외선과 전원만 동시에 공급하면 물속의 박테리아와 바이러스를 완벽하게 살균할 수 있는 촉매와 시스템을 개발했다고 밝혔다.

 몇 년 전 발생한 가습기 살균제 사고로 정수기, 가습기 등 가정에서 물을 사용하는 소형 가전제품에서 살균, 소독이 안전하게 되는지 관심이 커졌다. 수백 명의 사상자를 발생시킨 사건으로 인해 가습기에는 사고의 주원인물질인 ‘PHMG’* 더는 사용하지는 않지만, 소비자들의 불안감은 해소되지 않았다.
*PHMG(PolyHexaMethylenGuianidine): 가습기 살균제 사고의 주원인물질, 다른 살균제에 비해 피부, 경구에 대한 독성이 적은 것으로 알려져 있어 가습기 살균제로 활용됐으나 최근 흡입에 의한 폐 손상이 가능함이 확인되었다. 

 기존에 사용되고 있는 화학약품 소독제는 소독과정에서 장기 손상과 암 발생을 일으킬 수 있는 독성 물질을 만들어 낸다. 이러한 문제점을 피하고자 자외선(UV) 이나 광촉매**를 이용하면 약품 없이도 미생물을 제어하고 독성 오염물질을 분해할 수 있어 화학약품 소독제의 대안으로 연구되고 있다. 하지만 위 방법은 상대적으로 처리속도가 느리고 에너지를 많이 소비하는 한계점이 있었다.
**광촉매 : 일반적으로 반도체 금속 산화물로 빛을 받아 강력한 산화 소독제를 생성할 수 있는 촉매 물질

 KIST 연구진은 이 방법에 전기를 흐르게 하여 한계를 극복하고 화학약품 없이도 물을 효과적으로 살균·소독할 수 있는 시스템을 개발했다. 기존 연구들은 ‘티타니아(TiO2)’ 물질을 촉매로 사용하였는데 전기가 잘 흐르지 않아 이 시스템에 적용하기 어려웠다. 연구팀은 티타늄의 산화수를 일부 조정하는 셀프(자가)도핑***기술을 통해 전기전도도를 비약적으로 향상시켜 나노구조의 촉매를 제작했다.
***자가도핑 : 동일한 성분의 금속산화물에 대하여 금속의 산화수를 조절함으로써 변환된 금속이 일종의 불순물(도핑 원소)로 작용하게 하는 재료합성 기술

 이 촉매로 자외선을 이용한 살균을 하는 동시에 전기를 흐르게 하면 살균제를 대량으로 생산하고, 이를 통해 수 분 내에 박테리아와 바이러스를 99.99% 이상 완벽하게 제거할 수 있었다. 이렇게 개발된 시스템은 20시간 이상 긴 시간 동안 연속 운전해도 높은 살균성능을 유지하였다.

 KIST 홍석원 센터장은 “본 연구를 통하여 개발된 무약품, 친환경 정화 및 소독 기술은 소형 가전제품뿐 아니라 수영장에서도 활용될 수 있는 기술로써, 향후 기업과의 산학협력을 통한 실용화가 가능할 것이라 기대한다.”라고 밝혔다.

 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 한국연구재단 기초연구실사업 및 환경부(장관 조명래) 하·폐수고도 처리사업으로 수행되었으며 연구 결과는 촉매 분야 최고 수준 과학전문지인 「Applied Catalysis B : Environmental」 (IF : 14.23, JCR 분야 상위 0.96%) 최신호에 게재되었다.
 *(논문명)Effects of reactive oxidants generation and capacitance on photoelectrochemical water disinfection with self-doped titanium dioxide nanotube arrays
    - (제1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 조강우 선임연구원(現, 포항공과대학교 교수)
    - (교신저자) 한국과학기술연구원 홍석원 책임연구원


<그림설명>

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[그림 1] 자가도핑 티타니아 합성법 및 이를 활용한 수중 대장균 소독 효율 측정

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