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이달의 우수논문 (JCR상위 1%이내)-박현웅 교수

에너지공학부

  • 2021-07-16 13:13
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□Reduced titania nanorods and Ni-Mo-S catalysts for photoelectrocatalytic water treatment and hydrogen production coupled with desalination
   (환원된 이산화티타늄 산화촉매와 Ni-Mo-S 수소발생촉매를 이용한 담수화, 폐수처리 및 수소생산)

- 교신저자: 박현웅(에너지공학부)
- 제1저자: 김성훈 박사과정 (에너지공학부)
- 공동저자: 한동석(카타르대학)
- JCR 상위 JCR 상위 0.943%, IF=16.683
- Applied Catalysis B: Environmental 게재, 2020. 11. 24 (online)

* 자료제공: 경북대 IR센터
* Web of Science 및 SCOPUS DB에 새롭게 등록된 논문

본 연구는 태양광을 에너지로 전환하여 탈염, 폐수처리 및 수소생산을 동시에 구동하는 하이브리드시스템 개발이다. 전기장을 이용하여 염수에서 염(염소 및 나트륨)을 제거하는 탈염반응과 전극의 산화환원반응을 이용한 폐수처리와 수소생산을 하나의 디바이스로 구동하였다.

광촉매로 잘 알려진 이산화티타늄을 수소 열 처리법을 이용하여 환원시켜 태양광 전류전환 효율을 높였다. 환원된 이산화티타늄은 태양광을 전기에너지로 전환하여 디바이스를 구동한다. 태양광이 조사되면 디바이스에 전기장이 발생하고 염수에서 염이 탈염된다. 탈염된 염소이온은 환원된 이산화티타늄전극 표면에서 산화력이 높은 활성염소종(염소계 표백제)으로 산화되어 물속 오염물질인 우레아를 분해한다.

이전 연구에서 개발된 프로토타입 디바이스는 탈염 에너지 효율이 낮다는 문제점이 있다. 이를 개선하기 위해 탈염셀을 여러 개로 겹친 스택형태로 구성해 효율을 높였다. 탈염에 필요한 에너지는 하나의 스택과 비교하였을 때 스택 개수에 따라 최대 5분의 1까지 감소하는 것을 확인하였다. 또, 고가의 백금을 대신해 니켈, 몰리브덴, 황을 이용하여 강한 알칼리 조건에서도 효율적으로 수소를 발생할 수 있는 촉매를 개발 디바이스에 적용하였다. 디바이스가 구동되는 동안 수소가 생산되는데 이를 전기로 전환이 가능하며, 이때 생산된 수소의 양은 디바이스구동에 필요한 에너지의 30%를 절감할 수 있는 양이 생산됨을 확인하였다.

기존의 탈염방법인 역삼투, 증발법, 전기투석은 에너지 소비가 크고, 화석연료를 사용하기 때문에 환경에도 영향을 줄 뿐만 아니라 물속 오염 물질을 따로 처리해야하는 기술적인 문제를 가지고 있다.

본 연구에서 개발한 하이브리드시스템은 기존 탈염방법을 대체할 수 있을 만큼 에너지효율을 높였을 뿐만 아니라 폐수처리와 수소생산을 동시에 한다는 점에 있어 그 활용성이 높을 것으로 기대된다.

<사진 왼쪽부터 박현웅 교수, 김성훈 박사과정>