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광촉매 활용 1 – 물을 정화한다.
현재 활성오니법 등 미생물 처리 방법을 물의 정화에 많이 애용하고 있으나, 유기염소 화합물의 제거가 어렵고 오니 발생이 문제점으로 지적되고 있다. 광촉매는 분해하기 어려운 화학물질까지 분해할 수 있으며 동시에 오니가 거의 발생하지 않는다. 초기의 광촉매를 이용한 수처리 방법은 분말 광촉매를 유해물질이 포함된 물에 분산시킨 후 강력한 빛을 쪼여 유해물질을 분해 시켰으나 비용과 광촉매 분리 문제 때문에 실용화되지 못하였다.
최근에 산화티탄 박막 광촉매가 개발되어 물의 정화에 사용되고 있다. 유리관 내면에 박막 광촉매를 입히고 그 안에 유해 물질이 들어 있는 물을 흘러 보내며 바깥에서 빛을 쪼여주는 광촉매 수처리장치이다. 유리관 속에 펠렛 형태의 광촉매를 넣은 광촉매 수처리장치도 개발되었다. 자외선램프 같은 인공광원이나 평판형 태양 집열기 안에 광촉매 펠렛을 넣어 태양광을 이용하는 방법도 고안되었다. 광촉매 층을 지난 깨끗한 물을 광촉매와 쉽게 분리할 수 있어 연속적인 물 처리가 가능하다. 광촉매를 이용하는 유해유기물 처리 뿐 아니라 중금속 이온의 제거도 시도되고 있다. 광촉매 작용으로 중금속 이온이 산화되어 물에 녹지 않는 산화물 형태의 침전물로 제거된다.
광촉매를 코팅한 유리 용기, 물이끼 번식을 억제하는 수조, 꽃을 오래 보존하는 꽃병 등이 시판되고 있다. 광촉매를 이용한 24시간 목욕물 처리 장치도 실용화되었으며, 정수기, 폐수처리장치, 음료수 등의 정화 살균장치, 초순수 제조장치, 염색폐수 탈색시스템, 간이 정수기, 우수 정화장치, 도금 폐액에 포함된 시안화합물 분해 장치, 환경호르몬 등으로 오염된 하천 정화시스템 등의 개발이 진행되고 있다. 지하수를 오염시키는 유기용제를 일단 휘발시켜 가스로 만든 후 광촉매로 분해하는 장치도 시판 중이다.
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광촉매 활용 2 – 악취를 분해, 제거한다.
광촉매에 의한 탈취는 광촉매를 적용하기 가장 용이한 대상으로 제품화가 가장 많이 진행되었다. 미량의 물질을 제거하여도 탈취 효과가 나타나므로 빛을 조금만 쪼여주어도 된다.
형광등의 빛에는 자외선이 태양광에 비해 1천분의 1정도로 세기가 약하나, 분뇨 악취의 주성분인 스카톨의 냄새 검지 한계가 아세트알데히드의 1천분의 1정도로 더 낮은 극미량이어 형광등 빛만으로도 스카톨을 분해 시켜 냄새를 제거할 수 있다. 반면 식당 주방처럼 냄새가 진한 곳에서는 표면적이 넓은 광촉매를 사용하여야 탈취 조작이 효과적이다. 광촉매의 표면적을 넓히기 위해 광촉매를 사용하여야 탈취 조작이 효과적이다. 광촉매의 표면적을 넓히기 위해 다공성 세라믹 필터를 사용하는 탈취장치가 개발되었다.
여러 회사에서 광촉매를 적용한 공기청정기를 제작하고 있다. 최근에는 광촉매를 이용하는 자동차용 공기청정기가 개발되어 고급차에 장착되었고, 에어컨에도 공기청정기를 설치하고 있다. 현시점에서 탈취 관련 광촉매 제품의 판매액이 광촉매 제품 중에서 가장 많다.
악취만이 아니고 건축자재에서 나오는 방충제, 진드기 방지제, 포르말린 등 물질에 의한 새집증후군 대책이나 병원내 세균감염 방지 대책용으로 광촉매를 적용한 조명기구, 인공관엽식물, 조화, 창호지 등이 이미 판매되고 있으며 커튼, 블라인드, 벽지, 음식쓰레기 처리기용 탈취장치 등도 개발되었다.
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광촉매 활용 3 – 새집증후군 물질을 분해한다.
요즈음 지은 주택은 밀폐성이 아주 좋아서 냉난방 효율이 높은 에너지 절약형 구조이다. 반면 전통가옥은 창을 열어 두지 않아도 방안 공기가 1시간에 3~4회 정도 자연스럽게 바뀌는 열린 구조이다. 이에 비해 콘크리트로 만들어진 최근 주택은 냉난방에 필요한 에너지는 크게 줄었지만 1시간에 0.5회 정도로 공기 순환이 적어 환기 정도가 매우 나쁘다. 그래서 집 안에 곰팡이나 잡균이 번식하기 쉽고, 건축자재에서 나오는 유해화학물질이 축적되어 실내 공기가 쉽게 나빠진다. 요즈음 지은 주택의 바닥재료, 융단, 건축자재에서는 방충제, 진드기 방지제, 유기용제, 포르말린 등 여러 가지 화학물질이 방출된다. 많은 사람이 화학 물질에 노출되어 알레르기를 일으켜 고생하고 있으며, 이러한 새집증후군이나 화학물질과민증이 사회적 문제로 부각되고 있다.
광촉매를 사용하면 건축자재에서 나오는 유해화학물질을 물과 이산화탄소로 분해하여 실내 환경을 정화할 수 있다. 이미 광촉매를 이용한 공기청정기가 개발되어 주택에 설치되고 있다. 광촉매를 적용한 조명기구, 조명기구 커버, 인공관엽식물, 조화, 창호지 등이 판매되고 있으며, 광촉매 벽지, 커튼, 블라인드 등도 개발되었다. 광촉매를 적용한 조명기구나 조명기구 커버는 조명기구에서 방출하는 빛을 이용하므로 광촉매반응의 효율이 높다. 광촉매를 적용한 인공관엽식물, 조화, 창호지, 벽지, 커튼 등은 전등 빛이나 창에서 들어오는 빛만으로도 실내 환경을 정화시킨다. 광촉매로 실내 환경을 효과적으로 정화하려면 유해화학물질이 광촉매에 잘 부딪힐 수 있도록 광촉매 제품을 설계하여야 한다.
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광촉매 활용 4 – 대기 중 오염물질을 제거한다.
자동차 배출가스의 질소산화물과 황산화물은 대도시 대기오염의 주원인 물질이나 지난 20년간 거의 개선되지 않았다. 대기오염이 심각한 사회문제로 인식되면서 공해에 관련된 소송이 몇 건 일본에서 진행 중이다.
산화티탄 광촉매를 이용하면 대기오염의 원인물질인 일산화질소, 이산화질소 등 질소산화물이나 황산화물을 질산이온이나 황산이온으로 산화시킬 수 있다. 건물 외벽에 바른 광촉매가 태양광을 이용하여 질소산화물과 황산화물을 질산이온이나 황산이온으로 산화시킨다. 산화된 질산이온과 황산이온이 광촉매 표면에 축적되어 표면을 덥어 버리면, 질소산화물과 황산화물이 광촉매에 부딪칠 수 없어 광촉매반응이 멈춘다. 그러나 질산이온과 황산이온은 비에 잘 씻겨나가기 때문에 광촉매반응은 멈춘다. 그러나 질산이온과 환산이온은 비에 잘 씻겨 나가기 때문에 광촉매반응은 계속 진행된다. 이런 원리로 광촉매를 이용하면 대기중의 질소산화물과 황산화물을 효과적으로 제거할 수 있다.
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광촉매 활용 5 – 배출가스의 유해물질을 분해, 제거한다.
자동차, 도장공장이나 인쇄공장, 소각로에서 배출되는 가스에는 난분해성 유해물질이나 휘발성 유기물 등이 들어 있어 정화 처리하여야 한다. 자동차 배출가스에는 연료 성분인 벤젠 등 탄화수소, 연소 과정에서 생성되는 질소산화물과 일산화탄소 등이 들어 있어 이들이 대기 중에 방출되기 전에 정화해야 한다. 공장에서 사용하는 유기용제에 의한 수질오염에 대한 관심이 많았으나, 최근에는 휘발성 유기용제에 의한 대기오염도 중요시되고 있다.
이런 이유로 특정 화학물질이 대기에 배출되는 양의 파악과 이들의 관리 개선 촉진을 위한 법률에 의해 화학물질의 관리와 배출이 엄격히 규제된다. 이로써 공장 등에서 배출되는 가스를 분해하여 무해화시키는 일이 매우 중요해졌다. 이 뿐 아니라 인쇄용 유기용제에 대한 규제도 강화되어 인쇄공자이에서 배출되는 용제를 조례에 의해 엄격히 규제하는 지방자치단체도 있다. 배출 규제 강화로 배출가스 처리 분야의 사업 규모는 크게 늘어나리라 예상된다.
광촉매를 사용하면 이러한 유해 유기화학물질을 이산화탄소와 물로 분해하여 무해화시킬 수 있다. 공장에서 용제나 세정제로 사용되는 유기염소화합물과 프레온 등이 배출가스에 들어 있어 제거 대상이다. 배출되는 양이 많아서 적당한 광원을 선정하여 효과적으로 빛을 광촉매에 쪼여주고, 배출가스가 광촉매에 잘 부딪힐 수 있도록 시스템을 디자인해야 한다. 이런 사항을 고려한 대량의 배출가스를 효율적으로 처리할 수 있는 광촉매 장치가 개발 중에 있다.
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광촉매 활용 6 – 환경호르몬 분해
환경호르몬은 자연에 퍼져있으면서 호르몬과 비슷하게 작용하는 화학물질을 말한다. 우리 주변 환경에 퍼져 있다고 하여 환경호르몬이라 부르며, PCB, DDT, 유기염소계 요제, 가소제 등 67 종류의 물질이 보고 되어 있다.
DDT 등 환경호르몬에 의해 소라고동의 암컷이 수컷화되는 현상이나 악어 수컷의 생식기가 작아진 현상이 이미 확인되었으며 사람에서도 남성의 정자 수가 40년 전에 비해 반으로 줄어들었다. 이 뿐 아니라 환경호르몬이 사람의 행동 이상이나 지능 저하를 가져온다는 연구결과가 발표되었으며, 특히 태아나 유아에게 미치는 영향이 크다는 사실이 지적되었다. 이처럼 환경호르몬의 피해는 생물의 생존 자체를 위협하는 환경 보전의 중요 문제로 인식되는 심각한 사회문제이다.
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광촉매 활용 7 – 토양 오염 유해물질을 제거한다.
최근 공장이나 공장 이적지 등의 토양오염이 자주 보도되고 있다. 하이테크 공장이나 세탁소 등에서 용제나 세정제로 쓴 테트라클로로에틸렌이나 트리클로로에틸렌 등이나 야적된 드럼통의 용기 바닥이 부식되어 흘러나온 유기화학 물질이 토양에 스며들어 토양을 오염시킨다. 이들 유기화학 물질은 미생물에 의해 분해 되기 어려워 자연 정화 속도가 매우 느리고, 땅 속 깊이까지 스며들어 지하수나 우물물까지도 오염시킨다.
광촉매를 이용하면 토양을 오염시키는 유기화학 물질을 분해하여 무해화시킬 수 있다. 1, 광촉매 입자를 토양에 뿌리는 방법, 2, 오염된 토양을 퍼내어 광촉매 입자와 섞어 빛을 쪼여주는 방법, 3, 오염된 토양을 퍼낸 후 가열하여 유기화학 물질을 기체로 증발시켜 이를 광촉매로 분해 처리하는 방법, 4, 토양을 진공 처리하여 유기화학 물질을 기체로 증발시켜 이를 광촉매로 분해 처리하는 방법 등이 검토되고 있다.
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참고글