화학 약품 없이 물 살균·소독 OK
화학 약품 없이 물 살균·소독 OK
  • 강지희
  • 승인 2019.08.13 21:50
  • 조회수 1817
  • 댓글 0
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깨끗한 물이 필요해! 출처: pixabay
깨끗한 물이 필요해! 출처: pixabay

가습기, 정수기 등 가정에 물을 활용하는 생활밀착형 가전제품의 수요와 함께 필연적으로 발생하는 병원균에 대한 살균 기술의 중요성은 최근 빠르게 증가하고 있습니다. 기존에 활용된 화학약품 기반 소독제는 오히려 소비자들에게 해로운 독성 부산물을 발생할 우려가 있어 소비자들의 불안감이 커지고 있는데요.

 

특히 몇 년 전 발생한 가습기 살균제 사고로 정수기, 가습기 등 가정에서 물을 사용하는 소형 가전제품에서 살균, 소독이 안전하게 되는지 관심이 커졌습니다. 수백 명의 사상자를 발생시킨 사건으로 인해 가습기에는 사고의 주원인물질인 'PHMG'는 더는 사용하지 않지만 소비자들의 불안감은 여전히 해소되지 않았습니다.

 

이런 측면에서, 자외선(UV) 및 광촉매를 이용한 무약품 소독 기술은 미생물 제어 및 독성 유기오염물질 분해가 가능하고 물 분자로부터 살균제를 생성하기 때문에 부산물 생성이 없는 기술 대안으로 연구되고 있습니다. 하지만 상대적으로 속도가 느리고 에너지 소모가 큰 한계점이 있죠.

 

그런데 한국과학기술연구원 물자원순환연구센터 홍석원 센터장 연구팀은 포항공대 환경공학부 조강우 교수팀과의 공동 연구를 통해 화학약품 없이도 물속의 박테리아와 바이러스를 완벽하게 살균할 수 있는 촉매와 시스템을 개발했습니다. <Applied Catalysis B : Environmental>에 게재된 논문에 따르면 연구팀은 자외선과 전원만 동시에 공급하는 방식을 이용했다고 합니다.

 

자가도핑으로 살균성능 UP

 

본 연구진은 이러한 한계점을 극복하기 위해 자외선 조사와 동시에 약 1~2V 사이의 전압을 인가해 수산화 라디칼 등 살균제를 대량으로 생산하고, 이를 통해 수 분 내에 박테리아와 바이러스를 완벽하게 살균할 수 있는 수처리 시스템을 개발했습니다.  기존 연구들은 '티타니아(TiO2)' 물질을 촉매로 사용했는데요. 티타니아는 전기가 잘 흐르지 않아 이 시스템에 적용하기 어려웠습니다. 

자가도핑 티타니아 합성법. 출처: 한국과학기술연구원
자가도핑 티타니아 합성법. 출처: 한국과학기술연구원

본 연구진은 티타니아의 4가 Ti 일부를 전기화학적으로 3가 Ti로 환원하는 자가도핑 기술을 통해 티타니아의 전기화학적 활성을 증진시키는 최근 연구에 착안해 자가도핑된 티타니아 나노구조체를 광전기조건에서 활용해 효과적인 살균능을 발휘할 수 있음을 확인했습니다. 여기서 자가도핑 기술이란 동일한 성분의 금속산화물에 대하여 금속의 산화수를 조절함으로써 변환된 산화수의 금속이 일종의 불순물(도핑 원소)로 작용하게 하는 재료합성 기술을 말합니다. 

 

특히 이번 연구에서 연구팀은 티타니아의 축전능이 살균성능을 저해하는 기작을 규명하고 이를 통해 장기간의 연속운전에서도 높은 살균 성능을 유지할 수 있는 광전기 촉매의 합성 방법 및 이를 활용한 수처리 시스템을 제안했습니다. 광촉매는 광조사 조건에서 물 분자(H2O)를 분해해 소독능이 있는 수산화 라디칼(·OH)을 생성할 수 있는 것으로 알려져 있는데요. 이때 광조사와 함께 1-2V의 인가전압을 가해주는 광전기 조건에서는 수산화 라디칼의 발생속도 및 소독 효율을 비약적으로 향상시킬 수 있습니다. 

연구팀이 개발한 방법을 활용한 수중 대장균 소독 효율 측정. 출처: 한국과학기술연구원

연구팀은 이런 광전기 촉매로 자외선을 이용한 살균을 하는 동시에 전기를 흐르게한 결과 살균제를 대량으로 생산하고 이를 통해 수 분 내에 박테리아와 바이러스를 99.99% 이상 완벽하게 제거했습니다. 또한 이렇게 개발된 시스템은 20시간 이상 긴 시간 동안 연속 운전해도 높은 살균성능을 유지했다고 합니다.

 

연구팀이 개발한 기술은 가습기, 정수기 등 가정에서 물을 활용하는 생활밀착형 가전제품에 대한 살균 기술로 활용될 수 있습니다. 더 나아가 유사 기술은 수영장 등 물놀이 시설 등에 대한 소독 기술로 광범위한 활용이 예상됩니다. 

홍석원 박사. 출처: 한국과학기술연구원
홍석원 박사. 출처: 한국과학기술연구원

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"고 밝혔습니다.

 

##참고자료##

 


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