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해외동향기술

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광촉매 작용을 이용한 수처리 방법 ndsl 상세보기

과학기술분류

재료;환경

저자

KISTI 미리안 글로벌동향브리핑

키워드

1. 광촉매; 수처리; 산화 2. photocatalytic; water treatment; oxidation

등록일

20190321

NDSL OPENAPI

초록
미국 예일 대학(Yale University), 라이스 대학(Rice University), 애리조나 주립대학(Arizona State University), 클렘슨 주립대학(Clemson University), 텍사스 대학(University of Texas at El Paso)의 연구진은 광촉매 수처리에 대한 광범위한 연구를 수행했다. 과학자들은 30년 전부터 물을 정화하는데 광촉매 방법을 조사하기 시작했다. 그러나 2000년 이래로 8,000 종의 연구 논문이 발표되었지만, 아직까지 산업계에 널리 확산되지 못했다. 이번 연구에서는 오염 물질을 분해해서 수처리하는 광촉매 첨단 산화 프로세스(photocatalytic advanced oxidation process, AOP)를 집중적으로 조명했다. 기존의 AOP와는 달리, 광촉매 작용 시에 화학물질을 필요로 하지 않고, 저에너지 자외선 광만을 필요로 한다. 반도체용 재료는 이산화티타늄을 사용하고, 이것은 저렴하고 상대적으로 독성이 없다. TiO2의 개질 연구 이외에도 다른 반도체 재료들이 조사되었다. CdS와 WO3는 비교적 효과적인 가시광선 광촉매이지만 Cd와 같은 독성 성분 때문에 수처리용으로 적합하지 않다. 흑연 질화탄소(C3N4)는 조율 가능한 전기적 구조를 가지고 있어서 금속-프리(free) 가시광선 광촉매이지만 열악한 화학적 안정성을 가지고 있다. 페로브스카이트 재료는 저비용의 대량 생산을 할 수 있지만, 습식 상태일 경우에 불안정하기 때문에 수처리용으로 사용될 수 없다. 최근 몇 년 동안에 많은 연구진들은 광촉매에 대한 최초 주장 중의 많은 부분에 대해 의문을 제기했다. 그동안 광촉매용 나노물질이 많이 만들어졌지만, 이런 물질들 중에 많은 것들이 수처리에 사용될 수 없었다. 즉, 제조하기도 너무 어렵고 가격도 매우 고가였다. 또한 이러한 물질 중의 상당수가 충분히 견고하지 못했다. 실제 수처리 시스템의 조건과 실험실의 조건은 매우 달랐다. 이번 연구에서는 이 기술이 어떻게 하면 가장 잘 사용할 수 있을지를 제시하고 있다. 이 기술은 소규모로 실행 가능하다. 태양열로 구동될 수 있기 때문에 에너지 인프라가 부족한 자원-제한 지역이나 인구가 적은 지역에 적용될 수 있을 것이다. 또한 이 공정은 소모성 화학 물질을 필요로 하지 않기 때문에 화학 물질의 배출이 어려운 지역에 특히 유용할 것이다. 이 연구는 인간 생명을 보호하고 지속 가능한 경제 발전을 할 수 있는 수처리 시스템에 나노기술을 접목시킬 수 있는 새로운 길을 열어주었다. 이 연구결과는 저널 Environmental Science & Technology에 “The Technology Horizon for Photocatalytic Water Treatment: Sunrise or Sunset?” 라는 제목으로 게재되었다(DOI: 10.1021/acs.est.8b05041).