[한국기술뉴스] POSTECH 환경공학부 최원용 교수‧통합과정 이신비씨 팀은 화학환원제 없이 햇빛을 이용해 녹조 현상을 유발하는 오염원, 질산 이온(NO3-)만을 골라 질소(N2)로 전환하는 광촉매 소재를 세계 최초로 개발하였다.

기존 탈질 공정은 고에너지는 물론 수소 가스나 메탄올, 포름산과 같은 환원제를 필요로 한다. 물론 환경에 해가 없는 태양광을 그 에너지원으로 활용하려는 시도는 계속 있어왔지만 대부분이 많은 환원제를 필요로 해 경제성이나 현실성 면에서 문제가 많았다. 물론 물을 환원제로 이용하는 방법 역시 오랜 과제로 남아 있었다.

이 연구는 빛을 쬐면 생기는 정공과 전자가 일으키는 계면반응으로 산화와 환원 반응을 유도하는 반도체 소재, 광촉매를 이용하는 아이디어에서 출발했다.

먼저 연구팀은 이중 금속(Cu-Pd) 나노입자와 그래핀 옥사이드(rGO)가 담지된 이산화 티타늄(TiO2) 기반의 광촉매를 새로 합성했다. 이 광촉매는 별다른 화학환원제가 없이도 600 ppm의 질산이온(NO3-)을 100% 환원하는 한편, 98%가 질소(N2))로 변환되는 결과를 얻었다.

이 광촉매는 물 분해 반응을 통해 수소를 발생시키고 이 수소를 바로 환원제로 사용하도록 되어 있는 특성을 가져 화학환원제를 필요로 하지 않으면서 기존의 탈질 수처리 촉매의 문제를 개선했다.

특히 이 촉매는 탈질 반응 중 부산물로 생성되는 아질산 이온(NO2-)이 거의 생겨나지 않아 환경친화적인 특성을 가졌다는 점에서 더욱 의미 있는 성과로 주목받고 있다.