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  • 고가의 귀금속없이도 화학물질 ‘염소’ 만든다

  • - UNIST 연구팀, 전기로 염소 생산하는 고성능 촉매 개발
  • 기사입력 2020-01-21 19:00
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UNIST 주상훈, 곽상규 교수 연구팀.[UNIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 살균이나 소독에 흔하게 사용되는 화학물질 ‘염소’를 더 싸게 만드는 기술이 개발됐다. 연간 7500만 톤이나 생산되는 세계 10대 주요 화학물질인 염소 관련 산업에 큰 도움이 될 전망이다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부의 주상훈‧곽상규 교수팀은 염소 생산에 주로 쓰는 전기화학적 방법에 쓸 새로운 촉매를 개발했다고 21일 밝혔다. 백금 원자 하나가 탄소 나노튜브(CNT)에 고르게 분산된 구조를 가진 촉매다. 이 촉매는 기존의 상용 촉매(DSA)보다 귀금속 함량이 150배 적으면서도, 염소 발생 효율은 높고, 반응 조건은 덜 까다롭다.

현재 쓰이는 염소 발생용 전기화학촉매는 루테늄과 이리듐 같은 귀금속을 다량 포함한 산화물이라 비싸다는 단점이 있다. 또 염소 이온 농도가 낮은 조건이나 중성 pH 환경에서는 염소만 생산하는 게 아니라 산소까지 발생시켜 염소 생산효율이 낮다. 연구진은 그 원인이 ‘금속산화물 기반 촉매’의 본질적 특성에 있다는 데 착안해 금속산화물이 아닌 다른 형태의 촉매를 개발했다.

이번에 개발된 촉매는 탄소 나노튜브 위에 질소 원자 4개로 둘러싸인 백금 원자가 분산된 형태의 ‘단원자 분산 촉매’다. 이 촉매는 금속 원자가 표면에 완전히 드러나기 때문에 함량이 적어도 높은 효율을 낼 수 있으며, 다양한 전해질 조건에서 상용 촉매(DSA)보다 우수한 성능을 보였다. 또 바닷물처럼 염소 이온을 많이 포함하거나 반대로 염소 이온 농도가 낮아도 높은 효율을 보여 향후 다양한 환경의 전기화학적 수처리 장비에 응용될 전망이다.

주상훈 교수는 “이번에 개발한 단원자 촉매는 50년 전 상용화된 귀금속 산화물계 촉매의 패러다임을 바꾸는 새로운 촉매 설계 개념”라며 “특히 이번 촉매는 전해질 조성에 크게 영향을 받지 않아 중·소규모 수처리 장치와 선박평형수 처리 등에서 다양하게 응용될 것”이라고 내다봤다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 1월 21일자 온라인판에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com

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