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보도자료

KIST, 유해가스 맞춤형 공기정화 신기술 개발

등록일 : 23-09-26
지속가능환경연구단 이지원 박사팀
조회수 : 3387

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230926 [KIST 보도자료] KIST. 유해가스 맞춤형 공기정화 신기술 개발_업로드용.hwp

- KIST, 철산화물-그래핀 융합소재 개발로 유해 휘발성 유기화합물 제거 효율 최대 15배 향상

- 최적화 전자 이동 경로 및 기하학적 구조와 유해가스 저감율의 연관성 최초 규명

페인트, 접착제, 가구, 화장품, 탈취제 등 일상용품에 포함된 휘발성 유기화합물은 우리 생활에 편리를 제공하지만, 지속해서 노출되면 호흡기 질환, 두통, 피부염, 암 등 건강문제를 유발한다. 실내공기 중 휘발성 유기화합물을 정화하기 위해서는 자연 환기가 가장 효과적이지만, 최근 미세먼지 농도가 높고 폭염과 혹한이 자주 발생해 공기 청정기를 사용하는 경우가 증가하고 있다. 공기 청정기는 활성탄을 이용한 흡착 방식으로 유기화합물을 제거하는데, 활성탄 대부분이 비극성 탄소표면과 넓은 비표면적을 갖고 있기 때문에 톨루엔과 벤젠 같은 비극성 물질은 효과적으로 정화할 수 있지만 케톤이나 알데하이드류 등의 양극성 물질은 제거하지 못한다.

한국과학기술연구원 (KIST, 원장 윤석진)은 지속가능환경연구단 이지원·오영탁 박사 연구팀이 친수성과 소수성 모두를 갖고 있어 기존 활성탄 기술로 제어가 어려웠던 양극성 휘발성 유기화합물을 효율적으로 흡착할 수 있는 새로운 흡착제 원천기술을 개발했다고 밝혔다.

연구팀은 흑연과 철의 표면 산화 정도를 정밀하게 제어함으로써 산화그래핀-철산화물 융합구조를 합성해 흡착제를 만들었고, 그 결과 표면에 산소 작용기와 철산화물이 증가해 양극성 휘발성 유기화합물에 대해 높은 흡착력을 보였다고 밝혔다. 연구팀이 개발한 흡착제는 기존 활성탄 흡착제보다 양극성 휘발성 유기화합물에 대해 최대 15배나 향상된 흡착효율을 보였다.

또한, 흡착제 표면 내 산소작용기 및 철산화물 비율을 조절하면 오염물질의 특성에 따라 제거 기능성을 최적화시킬 수도 있다는 사실도 밝혔다. 활성탄 흡착제로는 제어가 어려웠던 케톤류 물질 4종에 대한 테스트를 진행한 결과 탄소사슬이 적을수록 낮은 흡착효율을 보인다는 것을 확인하고, 흡착제에 산소 작용기와 철산화물 함유량을 증가시켜 해당 케톤물질을 효과적으로 제거할 수 있었다. 또한 흡착제와 휘발성 유기화합물 분자 사이에서 수 나노미터 이하 거리의 전자 이동 현상을 분석해 오염물질의 모양과 흡착 경향성 간의 연관성을 최초로 찾아냈다. 이를 이용하면 우리 주변에 존재하는 다양한 대기 유해인자들에 대한 맞춤형 탐지·제어 기술 개발이 가능해질 것으로 기대된다.

KIST 이지원 선임연구원은 “흡착제의 흡착성능과 재생효율을 높이는 것에 초점을 둔 기존 연구들과는 달리 흑연, 철과 같이 구하기 쉬운 재료만으로 기존 흡착제의 한계를 뛰어넘는 새로운 소재를 개발하는 데 성공해 상용화 가능성이 높다고 판단된다”고 밝혔다.

과학기술정보통신부(장관 이종호) 지원으로 KIST 주요사업(대기환경복합대응사업)으로 수행된 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Chemical Engineering Journal」에 10월 1일 게재되었다.

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[그림 1] 산화철 그래핀 흡착제의 흡착 메커니즘 및 양극성 VOCs에 대한 흡착성능 그래프

○ 논문명: Effect of adsorbate geometry and hydrogen bonding on the enhanced adsorption of VOCs by an interfacial Fe3O4–rGO heterostructure

○ 학술지: Chemical Engineering Journal

○ 게재일: 2023.8.9.

○ DOI: https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145346

○ 논문 저자

- 이성빈 석사후연구원(제1저자/한국과학기술연구원)

- 이지원 선임연구원(교신저자/한국과학기술연구원)

- 오영탁 책임연구원(교신저자/한국과학기술연구원)