심재진 교수 연구팀, 획기적인 폐수처리 나노촉매 개발

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심재진 교수 연구팀, 획기적인 폐수처리 나노촉매 개발 N

No.1961286

작성자 통합관리자
등록일 : 2017.01.09 00:00
조회수 : 9505

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기존 촉매 대비 분해 시간 획기적 단축, 가시광선에서 분해 가능
난분해성 폐수처리에 반복적 활용 가능하여 관련 산업 경제적 효과 기대
한-이집트 과학자 공동연구 성과로 주목

[2017-1-9]

난분해성 폐수처리 산업에 새로운 길이 열렸다.

영남대 심재진 교수 연구팀은 산화제를 사용하지 않으며, 재사용이 가능하고, 자외선뿐만 아니라 가시광선에서도 30분 내에 99% 이상 분해할 수 있는 나노구조촉매 개발에 성공하여, 향후 관련 산업에 획기적으로 기여할 것으로 주목 받고 있다.

기존의 촉매들은 자외선에서는 잘 분해시키나 가시광선에서 잘 분해시키지 못하고, 긴 분해시간이 소요되고, 촉매의 재활용율이 낮은 문제점이 있었다. 이에 심 교수 연구팀은 기존 촉매의 단점을 개선하기 위해 마이크로파를 이용하여 그래핀 담지 은-아연/철산화물 나노복합체 촉매를 청정 합성해 가시광선에서도 유기염료가 분해 가능한 촉매를 개발하는데 성공한 것.

이번에 개발된 촉매는 마이크로파를 이용해 한 번의 자기조립반응으로 그래핀 상에 은 나노입자(10~20 nm)와 아연/철산화물 입자(30~40 nm)를 도포한 혼성(hybrid) 나노복합체 촉매로서 광 여기 전자-홀 쌍의 분리 및 전자전달이 쉬운 촉매적 성능이 뛰어난 구조를 가지고 있다. 이 촉매는 그래핀과의 상호작용에 의해 아연/철산화물 나노입자의 합체가 방지되어 표면적이 넓고(BET 표면적 179 m2/g, 기공크기 3.6 nm), 자외선과 가시광선에서 모두 활용 가능한 장점을 가지고 있다. 또한 분해시간이 30분으로 짧고, 산화제(과산화수소, 과산화일황산 등)를 사용하지 않으며, 기존의 연구에 비해 분해효율이 100~300% 향상되었을 뿐만 아니라, 촉매가 자성을 가지고 있어서 사용 후 회수가 용이하여 5차례 사용하여도 광촉매활성 저하가 3% 미만으로 재활용율이 매우 높은 것으로 나타났다.

본 연구 책임자인 심 교수는 “이번에 개발한 그래핀-금속산화물 나노복합체 촉매는 분해가 어려운 폐기물 분해에 활용 가능할 뿐만 아니라, 화학적 산화제를 사용하지 않으며, 회수하여 반복적으로 사용할 수 있고, 높은 재사용 효율 및 짧은 분해 시간 등과 같은 다양한 장점이 있어 향후 관련 산업에 기여도가 매우 높을 것으로 기대된다”고 평가하며 “앞으로 청정용매를 사용하여 에너지저장(슈퍼커패시터), 광촉매, 화학센서, 항균 바이오소재 등에 활용되는, 최고의 성능을 가진 그래핀-금속산화물 나노복합체 소재 개발을 위해 지속적으로 연구를 해 나갈 예정이다”고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단에서 주관하는 개도국지원사업(외국인과학기술자 국내초청연수사업)에 참여한 이집트 국영 석유연구소 선임연구원인 암르 후세인 마디 후세인(Amr Hussein Mady Hussein) 박사와 국립필리핀대학 Marjorie Lara Baynosa 교수 (본교 박사과정), 독일 BAM 연방재료시험연구소 Dirk Tuma 박사가 공동연구원으로 참여하였다. 연구결과는 <어플라이드 커탤러시스 B> (Applied Catalysis B: Environmental, 인용지수 8.328, 상위백분율 0% 이내) 온라인 판(2016년 10월)에 게재됐으며, 오는 4월 학술지로 발간될 예정이다.

심 교수는 최근 3년간 68편의 나노소재 관련 SCI 논문을 게재하였으며, <저널 오브 파워소시스> (Journal of Power Sources, 2015년, 인용지수 6.333, 상위백분율 3.7%), (ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2016년 10월 online판, 인용지수 5.267, 상위 5.92%), <센서스 앤드 액츄에이터스 B> (Sensors and Actuators B: Chemical, 2015~2016년 4편 (online 포함), 인용지수 4.758, 상위백분율 1.78%)와 같은 유력 저널에 게재하는 등 논문의 우수성을 인정받았다 (h-index 22). 또한 연구 성과를 기반으로 14건의 특허를 등록하였으며, 20여개 국제 학회에서 Plenary, keynote, invited speaker로 왕성하게 활동하고 있다. 한국청정기술학회 회장(2012년), 한국공학교육학회 부회장(2011~2012년)을 역임했으며 현재 영남대학교 산학협력단 청정에너지중점연구소사업단장 및 청정기술연구소장으로 활동하고 있다.

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