폐수 정화성능 9배 향상된 니켈 촉매 개발

KIST 김종식 박사팀 "철보다 여러번 재사용 가능해 경제적"

KIST 물질구조제어연구단 김종식 박사팀의 연구원들이 '니켈황화물' 촉매로 물 속 오염물을 정화하는 실험을 하고 있다. 사진=KIST

국내 연구진이 기존 공업용 폐수를 값 싸고 정화 성능이 9배 뛰어난 촉매를 개발했다.

한국과학기술연구원은 물질구조제어연구센터 김종식 박사팀이 하·폐수 처리를 위한 '구하기 쉽고 저렴한' 니켈을 이용한 촉매를 개발하고 효율적이고 안정적으로 분해시킬 수 있는 전기화학 공정을 개발했다고 14일 밝혔다.

KIST 김종식 박사팀은 철과 유사한 물리·화학적 특징을 지닌 망간, 코발트, 니켈, 구리를 사용해 5가지의 황화물 촉매를 제작, 연구했다. 그 결과, '니켈황화물' 촉매가 라디칼 전구체 활성화 및 오염물 분해에 가장 우수한 성능 및 지속성을 제공함을 밝혀냈다.

새로 개발된 니켈황화물 촉매는 기존 철 기반 촉매들(철황화물 포함)보다 약 3배 향상된 라디칼 생산성을 제공하고, 약 9배 향상된 오염물 분해 성능을 보였다.

또한, '철' 기반 촉매들의 치명적 단점인 1회성을 극복, 여러 번 사용가능해 향후 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 보인다.

KIST 연구진은 단순히 효율적인 오염물 처리를 위한 성능 향상에만 치중하지 않고, 니켈황화물 촉매가 우수한 성능을 보이는 이유에 주목했다. 연구진은 형성된 라디칼이 촉매표면으로부터 떨어지는 '탈착' 단계가 용이할수록 오염물이 보다 효과적으로 분해된다는 사실을 규명, 금속황화물 촉매의 라디칼 전구체 활성화 메커니즘을 세계 최초로 밝혀냈다.

KIST 김종식 박사는 "이번 연구를 통해 물 속 오염물 처리를 위한 차세대 촉매 개발과 그에 대한 메커니즘과 효용성을 세계 최초로 검증한 획기적이며, 도전적인 연구"라고 말했다. 김 박사는 이어 "향후 상용화를 위한 니켈황화물 촉매의 표면 개선에 대한 연구에 매진하겠다"고 밝혔다.

연구 결과는 촉매분야 최고 수준의 과학전문지인 'Applied Catalysis B: Environmental' 최신호에 게재됐다.

[e-mail] 김만기 기자