버려지던 목화 껍데기를 활용해 물속 난분해성 오염물질을 효과적으로 제거하는 친환경 촉매 기술이 개발됐다.
중국 선양농업대학교 연구팀은 농업 폐기물인 목화 껍데기로 만든 '질소 도핑 바이오차' 촉매가 오존의 수질 정화 능력을 획기적으로 개선한다는 연구 결과를 국제학술지 '바이오차'(Biochar)에 발표했다고 10일(현지시간) 밝혔다.
연구팀이 개발한 촉매(N-BC-800)는 수처리 공정에 널리 쓰이는 오존과 결합해 강력한 정화 효과를 냈다. 특히 모기 기피제 성분으로 널리 쓰이지만 하수에서 잘 분해되지 않는 '디에트'(DEET)를 94%까지 제거하는 데 성공했다.
이는 오존만 단독으로 사용했을 때보다 분해 속도가 106배, 일반 바이오차 촉매를 사용했을 때보다 25배 빠른 수치다.
연구팀에 따르면 비결은 바이오차의 표면을 질소로 변화시키는 '질소 도핑' 기술에 있다. 이 과정을 통해 바이오차 표면에 생성된 특정 활성 부위(피리딘 질소, C=O 그룹)가 오존을 효과적으로 활성화시켜 오염물질 분해를 촉진하는 '활성산소' 생성을 극대화한다.
송용후이 교수는 "농업 폐기물이 수질 정화를 위한 고부가가치 촉매로 변모할 수 있음을 보여준 연구"라며 "바이오차의 표면 화학을 조절함으로써 제거하기 어려운 오염물질에 더 빠르고 효과적으로 대응할 수 있다"고 설명했다.
이 촉매는 디에트뿐만 아니라 제초제 성분인 아트라진, 소염진통제 성분인 케토프로펜과 이부프로펜 등 다른 오염물질 제거에도 뛰어난 성능을 보였다. 실제 강물과 도시 하수처리장 방류수에서도 강력한 촉매 성능을 유지했다.
또한 5회 연속 사용 후에도 촉매 활성의 약 80%를 유지하는 등 안정성도 입증했다. 무엇보다 오염물질을 제거하는 과정에서 발생하는 2차 독성 또한 크게 낮추는 것으로 확인됐다.
연구팀은 이번 연구 결과가 지속가능하고 효율적인 수질 오염 해결책을 제시할 수 있을 것으로 기대했다.