영리한 코팅으로 전등갓을 실내로 바꿔줍니다.

Jul 25, 2023

미국화학회

이미지: 촉매로 코팅된 갓은 백열전구의 열을 사용하여 실내 공기 오염을 파괴합니다.더보기

크레딧: 이민형

샌프란시스코, 2023년 8월 16일 — 실내 공기 오염이 그에 걸맞는 수준에 이르렀을 수도 있습니다. 오늘날 과학자들은 실내 공기 오염 물질을 무해한 화합물로 변환하는 촉매 코팅 갓을 설계했다고 보고할 것입니다. 전등갓은 할로겐 및 백열 전구와 함께 작동하며 팀은 LED와도 호환되도록 기술을 확장하고 있습니다.

연구진은 미국화학학회(ACS) 가을 회의에서 결과를 발표할 예정이다. ACS Fall 2023은 8월 13일부터 17일까지 가상 및 대면으로 개최되는 하이브리드 회의로, 광범위한 과학 주제에 대해 약 12,000개의 프레젠테이션을 제공합니다.

프로젝트의 수석 조사관인 김형일 박사에 따르면 램프갓은 대부분의 실내 대기 오염 물질을 차지하는 휘발성 유기 화합물(VOC)을 대상으로 합니다. 이러한 화합물에는 아세트알데히드와 포름알데히드가 포함되어 있으며 페인트, 세척제, 공기 청정제, 플라스틱, 가구, 요리 및 기타 소스에서 방출됩니다.

“가정이나 사무실의 VOC 농도는 낮지만 사람들은 시간의 90% 이상을 실내에서 보내므로 시간이 지날수록 노출량이 늘어납니다.”라고 김씨는 말합니다.

“실내 공기에서 VOC를 제거하는 기존 방법은 활성탄이나 기타 유형의 필터를 사용하는데, 정기적으로 교체해야 합니다.”라고 연세대학교 김 교수 연구실의 대학원생 이민형 씨는 말합니다. 이씨는 ACS 회의에서 팀의 작업을 발표할 예정이다. 고온에 의해 활성화되는 열촉매나 빛에 반응하는 광촉매를 사용하여 VOC를 분해하는 다른 장치가 개발되었습니다. 그러나 김씨는 이들 장치 대부분이 별도의 히터나 자외선(UV) 광원이 필요하기 때문에 원하지 않는 부산물을 생성할 수 있다고 지적합니다. 그의 팀은 할로겐이나 백열전구와 같이 열을 생성하는 가시광선 광원과 열촉매로 코팅된 갓만 있으면 되는 더 간단한 접근 방식을 원했습니다.

할로겐 전구는 사용하는 전력의 10%만을 빛으로 변환하고 나머지 90%는 열로 변환한다고 Lee는 말합니다. 백열전구는 더욱 심각하여 5%의 빛과 95%의 열을 방출합니다. Kim은 "그 열은 일반적으로 낭비되지만 우리는 VOC를 분해하기 위한 열촉매를 활성화하는 데 이 열을 사용하기로 결정했습니다."라고 말했습니다.

연구팀은 지난해 가을 발표한 논문에서 이산화티타늄과 소량의 백금으로 만든 열촉매를 합성했다고 보고했다. 연구진은 알루미늄 전등갓 내부를 촉매로 코팅하고 공기와 아세트알데히드 가스가 들어 있는 테스트 챔버의 100와트 할로겐 전구 위에 전등갓을 배치했습니다. 램프를 켜면 전등갓의 온도가 최대 화씨 250도까지 가열됩니다. 이는 촉매를 활성화하고 아세트알데히드를 분해할 수 있을 만큼 충분히 따뜻합니다. 이 산화 과정에서 VOC는 처음에 아세트산으로 변환된 다음 포름산으로 변환되고 최종적으로 이산화탄소와 물로 변환됩니다. 두 산 모두 순하고 방출되는 이산화탄소의 양은 무해하다고 Kim은 지적합니다. 연구진은 또한 동일한 조건에서 포름알데히드가 분해될 수 있으며 이 기술이 백열전구에서도 작동한다는 사실을 발견했습니다.

“이것은 램프 소스의 폐열을 활용하는 최초의 시연이었습니다.”라고 Kim은 말합니다. 대부분의 이전 연구 프로젝트와 시중에 나와 있는 몇 개의 램프조차도 실내 공기 오염을 제거하기 위해 광 활성화 광촉매에 의존해 왔습니다.

최근 연구에서 Kim의 그룹은 백금을 보다 저렴한 대체품으로 전환하고 있습니다. 연구팀은 이러한 새로운 철 또는 구리 기반 촉매가 VOC를 분해할 수 있다는 것을 이미 보여주었습니다. 또한 구리는 소독제이기 때문에 구리 촉매가 공기 중의 미생물을 죽일 수도 있을 것으로 김 교수는 기대하고 있다.

과학자들은 이제 오염을 파괴하는 전등갓 개념을 조명 시장에서 빠르게 성장하는 부문인 LED로 확장하는 방법을 찾고 있습니다. 그러나 할로겐 및 백열등과 달리 LED는 열촉매를 활성화하기에는 너무 적은 열을 방출합니다. 그래서 김 교수팀은 LED에서 방출되는 근자외선 빛에 의해 자극되는 광촉매와 LED의 가시광선 출력 중 일부를 열로 변환하는 기타 촉매를 개발하고 있습니다. 김 교수는 “자외선, 가시광선 등 광원과 폐열이 만들어내는 전 스펙트럼을 활용할 수 있는 하이브리드 촉매를 개발하는 것이 최종 목표”라고 말했다.