황화수소는 독성을 지닌 악취 가스로 산업단지에서 배출되지만, 하수구나 축사 등에서 발생하기도 한다. 대기 중 황화수소를 제거하는 가장 널리 알려진 방법으로는 Claus process를 들 수 있는데, 여기서 황화수소는 산소와 반응하여 인체에 무해한 고체 황으로 바뀐다. 그러나 이 과정에서는 200-300°C 이상의 온도가 상시 필요하기 때문에 에너지 소모가 많다는 단점이 있다.

[사진] 김영독 교수, 자오수팡(박사과정), 차병준(박사과정), 최지윤(석사졸업생)

이에 성균관대학교(총장 신동렬) 화학과 김영독 교수 연구팀은 다공성 알루미나에 1나노미터 이하의 크기를 가지는 산화철 입자를 골고루 증착시켰으며, 이를 황화수소를 제거하는 흡착제 및 촉매로 사용해보았다. 다공성 알루미나가 황화수소를 상온에서 어느 정도 흡착으로 제거할 수 있는 것으로 나타났는데, 산화철을 증착시킨 후에는 황화수소 제거량이 5배 이상 더 늘어나는 것을 확인할 수 있었다. 또한 황화수소 흡착제의 열재생시에 발생할 수 있는 또 다른 독성 물질인 이산화황 배출이 산화철에 의해 억제된다는 것도 밝혀냈다.

연구진은 확산 반사성 적외선 푸리에 변환 분광법, X-선 광전자 분광법 등을 이용한 연구를 통해 산화철과 알루미나 사이의 계면에서는 황화수소가 황산이온으로 바뀌고, 산화철 표면에서는 황화수소가 고체 황으로 바뀌며, 이 과정이 산화철의 황화수소 흡착 및 이산화황 배출 억제에 결정적인 역할을 한다는 것을 알아냈다.

김영독 교수 연구실의 산화철 나노 입자 증착기술은 이미 두 개의 기업에 기술이전 된 바 있으며, 이번 연구 결과로 산화철-알루미나 촉매를 이용한 농가, 축산 단지의 악취 제거 장치 개발이 이루어질 수 있을 것으로 기대된다.

이외에도 김영독 교수 연구실에서는 칼륨이 도핑된 새로운 광촉매 구조를 이용하여 대기 오염물질이자 2차 미세먼지의 원인 물질이기도 한 질소산화물 및 휘발성 유기화합물을 효과적으로 제거하는 방법을 발표했다.

본 연구들은 모두 연구재단 기본연구와 한국기초과학지원연구원의 지원으로 수행되었으며, Chemical Engineering Journal에 13.273)에 4월 19일과 22일 각각 온라인 게재되었다.

※ 논문

- Fe-oxide/Al2O3 for the enhanced activity of H2S decomposition under realistic conditions: mechanistic studies by in-situ DRIFTS and XPS, Chemical Engineering Journal(Impact factor : 13.273) 4월 19일 온라인 게재. 제1저자: 차병준, 최지윤, 교신저자 : 김영독 (https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136459)

- Enhanced photocatalytic activity of TiO2 by K incorporation towards acetaldehyde and NO oxidation: The role of K single-ion dopants and additional K-compound structures, Chemical Engineering Journal 4월 22일 온라인 게재. 제1저자: 자오수팡, 교신저자 : 김영독 (https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136500)

출처 : 성대뉴스 게시판읽기 ( 화학과 김영독 교수 연구팀 , 악취 가스 등 대기오염 물질 제거 촉매 기술 개발 ) | 성균관대학교 (skku.edu)