August 19,2018

목재 성분 이용해 폐수처리·공기정화 효율 높인다

국립산림과학원·세종대 연구팀 '다공성 이산화티타니아 박막' 제조법 공동 개발

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산림청 국립산림과학원이 목재의 주요 성분 중 하나인 셀룰로스를 나노화한 셀룰로스 나노크리스털(결정성 셀룰로스 나노입자)과 친환경 광촉매 소재인 이산화티타니아(TiO2)를 이용한 초미세 투명 박막 제조법을 개발했다.

국립산림과학원과 세종대 연구팀은 국내 최초로 셀룰로스 나노크리스털과 몰리브덴(전이금속의 한 종류, 원소기호 Mo)을 포함하는 이산화티타니아 용액을 유리기판 위에 코팅한 뒤 셀룰로스 나노크리스털을 고온에서 연소시켜 오염물질을 광분해 하는데 효과적인 다공성(多孔性) 박막을 개발했다.

광촉매란 빛을 에너지원으로 이용해 촉매반응(산화, 환원 반응)을 거쳐 각종 오염물질을 분해하는 일종의 반도체다.

연구팀은 셀룰로오스 나노크리스털의 구조를 이용해 전이금속이 코팅된 이산화티타니아 박막의 물리 화학적 특성과 오염물질에 대한 광분해 특성 평가를 무처리 박막 필름과 비교·분석했다.

몰리브덴이 코팅된 이산화티타니아 박막의 비표면적(빛을 흡수하는 면적)은 무처리 박막 필름보다 1.3배, 셀룰로스 나노크리스털 연소 이산화티타니아 박막 필름보다 1.7배 높았다.

몰리브덴이 코팅된 이산화티타니아 박막 필름은 자외선과 가시광선의 전 영역에서 95% 이상의 흡수율을 보였다.

광 효율 측정용 표준물질인 트리클로로에틸렌을 이용한 유기물 광분해 평가 결과, 무처리 박막보다 최대 4배나 높게 나타났다.

셀룰로스 나노크리스털의 나노구조와 전이금속에 의해 이산화티타니아 박막의 비표면적이 증가하고 이산화티타니아 자체의 광 효율이 상승했기 때문이다.

이번 연구결과는 최근 세라믹 재료 분야의 최상위 해외 전문 학술지인 ‘세라믹스 인터내셔널’ 온라인판에 게재됐다.

이성숙 국립산림과학원 목재화학연구과장은 “이번 연구결과는 기존의 이산화티타니아 소재의 광촉매 성능과 효율을 목재 성분인 셀룰로스 나노 유도체와 전이금속을 복합화해 극대화한 것”이라며 “향후 폐수처리나 공기 정화에 반영구적으로 사용할 수 있는 원천 기술을 확보했다는 의미가 있다”고 말했다.

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