장민 교수 연구팀(환경공학과), 

수중 잔류 항생제 및 녹조류 정화를 위한 부상형 광촉매 개발

- Chemical Engineering Journal (IF: 16.74, JCR rank: 2.8 %) 과학전문지 게재 -

   

  광운대학교 장민 교수(환경공학과) 연구팀(장석범, 윤소연, 황건덕 박사, 종초은 연구교수, 최은하 교수, 장민 교수)은 수중 잔류 항생제인 설파메톡사졸(SMX)의 처리를 위한 부상형 입상 광촉매(P-ZsZc)를 개발하고, SMX 처리를 위한 광촉매 기작을 규명하였다. 항생제는 사람과 가축의 치료에 광범위하게 사용되고 있는 만큼, 잔류 된 항생제가 수환경에서 자주 발견되고 있다. 잔류 항생제의 경우 수환경에서 세균 및 박테리아의 항생제 내성을 증가시켜 슈퍼박테리아 발생을 유도할 수 있는 등 심각한 생태계 교란이 가능한 물질로써 완벽한 정화과정이 필요한 실정이다. SMX는 항생제 중에서도 생분해 효율이 낮고 안정성이 높아 기존의 수처리 기술을 통한 정화가 힘들어 SMX를 비롯한 잔류 항생제 정화를 위한 효과적이고 경제적인 처리 방법을 개발해야 할 필요성이 대두되고 있다. 광촉매 공법의 경우 고도산화처리 공정 중 다양한 항생제를 처리하기에 친환경적이며 에너지효율적인 공법으로 전세계적으로 많은 연구가 시도되고 있다. 본 연구에서는 폴리우레탄에 ZnO를 넣고 열수 합성을 통해 ZnO를 코팅한 P-ZsZc을 합성하여 SMX 정화에 적용하였다. P-ZsZc은 폴리우레탄과 ZnO 사이에 새로운 결합인 Zn-O-C 결합을 형성하여 광 들뜸 정공의 이동성을 높이고 이로 인해 ZnO의 광부식 저항성을 크게 향상시켰다. 뿐만 아니라, P-ZsZc는 산소 생성 반응 (OER)과 과산화수소(H2O2) 생산에 유리한 밴드 구조를 갖고 있어, 자체 산소 생산과 함께 산화력이 높은 H2O2의 추가 발생을 통해, 지속적인 항생제 제거가 가능하다. P-ZsZc의 실 적용성을 확인하기 위해 연속 흐름 실험을 한 결과, 10시간 이상 지속적으로 90% 이상의 SMX가 제거되었다. 본 연구에서 합성된 P-ZsZc는 탁월한 안정성과 함께 수중 항생제의 높은 제거 효율을 보여, 향후 원위치(in-situ) 산소와 과산화수소 발생을 통해 수중 미량유기오염물질과 녹조류 제거를 위한 효과적인 부상형 광촉매로서의 상용화 가능성이 높음을 시사하였다. 한편, 본 연구는 한국연구재단 교육부 지원 및 과학 기술정보통신부 지원을 통한 기초과학연구 지원사업(Grant No.2021R1A6A1A03038785 and 2023R1A2C1003464)들의 지원으로 수행되었으며, 2023년 7월 1일자 과학전문지인 Chemical Engineering Journal (IF: 16.74, JCR rank: 2.8 %)에 “Enhanced in-situ oxygen evolution and hydrogen peroxide production by a floatable ZnO-incorporated polyurethane photocatalyst for sulfamethoxazole degradation”의 제목으로 출판되었다.    

  Weblink: (https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.143470)