▲ 정종수 KIST 환경복지연구단 책임연구원.

국내 연구진이 담배연기 1급 발암물질인 아세트알데히드를 100% 제거하는 흡연실 공기정화용 나노 촉매를 개발해 향후 흡연실을 이용하는 애연가들에게 도움을 줄 전망이다.

한국과학기술연구원(원장 이병권) 환경복지연구단 정종수, 배귀남 박사 연구팀은 ‘흡연실에 사용 가능한 망간산화물계 나노촉매를 코팅한 나노촉매 필터를 ㈜KT&G와 공동으로 개발해 흡연실 실내의 담배연기의 주요 성분을 크게 감소시킬 수 있는 청정화시스템을 개발했다’고 21일 밝혔다.

흡연실 공기정화용 나노촉매는 아세트알데히드를 100%로 제거할 뿐만 아니라 니코틴, 타르 등 담배의 입자성분도 100% 제거해 에 무해한 물과 이산화탄소로 바뀐다.

또한 이 촉매로 만든 공기정화기를 흡연실에 설치하면 약 5평 규모 흡연실에서 10명이 동시에 피운 담배연기를 30분 내에 약 80% 이상, 1시간 내에는 100% 처리할 수 있다고 밝혔다.

기존 흡연실에서 담배연기 제거에 쓰이는 필터는 가스상 물질의 제거를 위한 활성탄 필터를 사용하지만, 아세트알데히드 등 가스상 물질의 제거 효과가 적고, 흡연실과 같은 시설에서는 흡착성능이 빨리 감소해 2주마다 교체해야하는 관리의 어려움이 있었다.

연구팀은 망간산화물계열(Mn/TiO2)의 나노촉매를 세라믹계열의 필터에 균일하게 코팅해 나노촉매필터를 제조했다.

나노촉매필터는 필터에 코팅한 나노촉매 표면에서 공기 중의 오존을 분해시켜 발생된 산소라디칼을 이용해 담배연기 성분을 분해한다.

담배연기의 가스상 성분 중 가장 많은 양을 차지하는 아세트알데히드와 니코틴, 타르 등 총 휘발성 유기화합물(total volatile organic compounds TVOC)을 이용해 본 개발 촉매의 성능을 평가한 결과, 98% 이상 분해하는 성능이 확인됐다.

망간 촉매 표면에서 생성된 산소라디칼은 유해성분 분해 후 인체에 무해한 산소의 형태로 외부로 배출된다.

연구팀은 나노촉매필터를 활용한 청정화장치 시제품을 제작해, 약 8평 규모의 실제 흡연실에 설치해(처리유량 4 CMM) 성능 평가를 진행한 결과, 30분 내 약 80%, 1시간 내에 100% 담배연기 성분이 인체에 무해한 물과 이산화탄소로 처리되는 것을 확인했다.

연구팀은 이미 나노촉매 및 필터 코팅 기술 개발이 완료된 만큼 1년 정도의 시간이면 상용화가 가능할 것으로 예상했다.

연구를 주도한 정종수, 배귀남 박사는 "간단한 촉매를 설치한 청정기로 기존 흡연실 담배연기처리기술에서 처리가 어려웠던 가스상물질 처리 문제를 해결했다는 것이 연구의 의의”라고 이야기했다.

이어 “이러한 장치의 단순화 및 경제성 확보를 달성하여 안전하고 쾌적한 흡연 공간의 제공에 크게 도움이 될 수 있으며, 또한 이 기술의 연계 개발을 통해 공기청정기, 에어컨 등 다양한 공기청정 분야에서 적용할 융합기술을 선보일 수 있을 것이다“라고 전했다.

한편, 본 연구는 KIST 기관고유사업과 환경부 ‘나노기술 기반의 오염제어용 필터소재 개발 과제’ 등을 통해 지원됐고, 관련해 ‘담배연기 청정화 처리장치 및 방법(대한민국 특허 출원번호: 2015-0039021, 2015.3.20.)’ 특허를 출원했다.

▲ 흡연실 담배연기 청정화 장치 나노촉매 및 코팅 필터 제조 공정 모식도.