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KIST연구진, 세계 최고 수준의 독가스 제거촉매 개발

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2019년 02월 12일 16:56 프린트하기

 

미 해병대원들이 화생방전을 대비해 방독면 착용 훈련을 벌이고 있다. 미 해병대 제공
미 해병대원들이 화생방전을 대비해 방독면 착용 훈련을 벌이고 있다. 미 해병대 제공

지난해 11월 24일 밤 시리아 알레포에서는 염소가스로 의심되는 화학무기 공격이 벌어졌다. 이날 알레포 민간인 주거지역에서 염소가스를 충전한 포탄이 떨어져 약 110여 명이 치료를 받았다. 화학무기금지기구(OPCW)-유엔 공동사조사메커니즘(JIM)은 2013년 9월부터 2018년 4월까지 시리아에서 37차례에 걸쳐 화학물질이 관련됐거나 관련됐을 수 있는 공격이 있었다고 결론을 냈다.

 

미국 비정부기구(NGO)인 '시리아미국의료협회'(SAMS)는 내전이 발발한 이래 시리아에서 2015년 12월까지 최소한 161차례에 걸쳐 화학무기 공격이 자행됐으며 이로 인해 1491명이 숨지고 1만4581명이 다쳤다는 분석 결과를 내놓기도 했다. 


이른바 독가스로 불리는 화학무기는 극소량으로 대량학살이 가능한 대량파괴 무기다. 각국은 ‘화학무기금지조약’을 맺고 생산과 사용을 엄격히 금지하고 있다. 최근 국내 연구진이 이런 화학무기의 공격으로부터 독성을 제거하는 세계 최고 수준의 제독 촉매 개발에 성공했다. 

 

한국과학기술연구원(KIST) 물질구조제어연구센터 백경열 책임연구원 연구진은 나노미터 수준의 균일한 크기의 지르코늄(Zr)을 활용해 효율이 높은 제독 촉매를 대량으로 합성하는 기술을 개발했다고 12일 밝혔다. 

 

최초의 대규모 독가스전에 벌어진 제1차 세계대전 이후 전 세계적으로 개발된 독가스에는 염소가스를 포함한 각종 질식 작용제와 소위 겨자가스(머스타드 가스)로 불리는 수포작용제, 혈액작용제 및 신경작용제가 있다. 최근 시리아 내전, 북한의 김정남 암살 등 세계 곳곳의 분쟁지역에선 값싼 대량파괴 무기와 테러 무기로 활용되고 있다. 화학무기가 지속적으로 사용되면서 이에 대응하는 보호 방법을 개발해야 한다는 인식이 강화되고 있다.


현재 일반적으로 사용되고 있는 활성탄 기반의 제독제는 독성 화학물질을 흡착만 한다. 그렇기 때문에 이 흡착된 독성 물질을 제거하는 재처리 과정에서 2차 오염 문제가 발생했다. 또 기존의 제독촉매 소재는 복잡한 유기물을 합성하는 과정이 필요해 대량생산이 어려운 한계를 갖고 있었다.

 

연구진은 기존 방법인 흡착의 한계를 넘은 직접 독성제거가 가능한 촉매 소재를 개발했다. 금속유기물 골격체(MOF) 가운데 가격이 저렴하고 제조방법이 간단한 ‘UiO-66’라는 소재를 이용해 약 100㎚ 크기의 MOF 합성에 성공했다. 기존 촉매보다 부피가 6분의 1로, 부피 대비 표면적이 높아 100배 이상 높은 반응효율을 보인다. 이는 세계 최고 수준의 제독 성능에 해당한다. 

 

연구진은 또 기존의 촉매 소재가 일회용에 그쳤던 원인을 양자화학적 계산을 통해 밝혀내고 지속해서 사용할 수 있는 촉매를 개발했다. 실제 무기의 코팅 소재나 방독면에 활용할 실질적 방안까지 마련했다는 평가다. 

 

백경열 책임연구원은 “이번 연구를 통해 개발된 촉매 소재는 화학무기의 독성을 근본적으로 제거하는데 활용할 수 있다”며 “기존의 제독제와 함께 사용하면 화학무기에 사용되는 고위험성 화학물질로부터 더욱 능동적으로 생명과 안전을 지킬 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다. 

 

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 국가과학기술연구회(NST) 민군융합기술 연구사업으로 수행됐다. 연구결과는 촉매 분야의 국제 학술지인 ‘어플라이드 캐탈리시스B : 인바이런멘털’ 인터넷판에 소개됐다.

 

 

 

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