장민 교수 연구팀(환경공학과), 광초음파 산화를 통한 하폐수처리장 유출수내 수중 난분해성 미량유기오염물질과 총유기탄소의 효과적 제거 및 시너지 효과 기작 규명

- Journal of Hazardous Materials (JCR IF 9.038, Environmental Sciences field JCR Rank: 2.8%) 과학전문지 게재 -

(뒤쪽 좌) 류백하 학부연구원 (중) 장민 교수, (뒤쪽 우) 황건덕 박사과정 연구원

본교 환경공학과 장민 교수는 학부 연구생인 류백하 연구원(제1저자)과 황건덕(Kien Tiek Wong) 박사과정 연구원(공동 교신저자)과 함께 미량유기오염물질에 광촉매와 초음파와 조사시 발생하는 시너지 효과를 비교하고, 이를 통하여 광화학적 기작을 규명하였다.

현재 전 세계적으로 지표수에 미량 농도로 검출되고 있는 화합물인 미량유기오염물질(살충제, 의약품, 화장품, 난연제, 향수, 방수제, 가소제 및 단열제 등)은 분해가 쉽게 되지 않아 하·폐수 처리장에서 완벽하게 처리되지 못한 채 배출되고 있어 환경오염의 원인으로 지목되고 있으며 미량유기오염물질 및 TOC의 분해를 위해 초음파, 광촉매 등의 활성종을 이용한 분해 방법이 전세계적으로 활발하게 연구되고 있다.

초음파로 인해 강렬한 온도와 압력으로 생기는 미세 방울의 폭발은 물을 수산기 활성종(·OH)으로 분리한다. 광촉매의 경우는 광원에 조사되어 광유도 전하 운반체가 전자와 정공으로 분리되고 분리된 전자와 정공은 각각 수중의 산소, 물과 반응하여 생성되는 강력한 산화제 역할을 하는 수산기와 슈퍼옥사이드 음이온 활성종(·O2-)이 오염물질을 분해하여 물과 이산화탄소로 변환한다. 하지만 그동안 전세계적으로 초음파와 광촉매를 동시에 적용하였을 때 두 반응으로부터 생기는 활성종의 상호 작용으로 인하여 분해 효율이 현저히 향상되는 원인에 대한 이해는 아직 부족한 상황이다.

장민 교수는 “현재 수중 난분해성 미량유기오염물질의 경제적이고 효율적인 처리를 위한 광초음파 산화 연구는 세계적인 연구 주제”라며 이번 연구는 기존 연구에서 시너지 효과의 원인을 광화학적 기작에 근거하여 물질 특성에 따른 시너지 효과를 비교하였을 뿐만 아니라 이에 기저한 활성종의 상호 반응의 차이 등을 밝혔다는데 의미가 있다”라고 말했다. 이어 “광초음파 산화는 실험에서 효율과 경제적으로 실현 가능성이 있기(feasible) 때문에 스케일-업 추가 연구를 통해 실제 하수처리장에서 난분해성 물질 및 TOC (총유기탄소) 제거에 유용하게 활용되기를 기대한다”라고 덧붙였다.

한편, 본 연구는 한국연구재단 일반연구자 지원사업의 지원으로 수행되었고 연구 결과는 과학전문지 Journal of Hazardous Materials (JCR IF: 9.038) 2021년 4월 2일자 온라인판에 “Degradation synergism between sonolysis and photocatalysis for organic pollutants with different hydrophobicity: A perspective of mechanism and application for high mineralization efficiency”의 제목으로 게재되었다.

* Web link: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.125787

사진 설명(상): 초음파와 광촉매를 동시에 적용하였을 때 관련된 활성종 반응에 의한 잔류성 유기오염물질 (BPA, ATZ 및 SMX) 분해의 개략도