가시광반응 이산화티탄/유기염료 복합나노입자 제조 및 수분 안정화
국내 연구진이 햇빛과 실내조명의 가시광선으로 필터에 포집된 공기 중 미생물을 죽일 수 있는 항균필터를 제안했다.
한국연구재단은 한국생산기술연구원 최동윤 선임연구원과 세종대학교 기계공학과 정재희 교수 연구팀이 가시광을 이용해 부유 미생물을 살균하기 위한 필터를 제안했다고 8일 밝혔다.
공기 중에는 바이러스, 세균, 곰팡이와 같은 미생물들이 미세먼지와 함께 부유하고 있다.
기존에 은, 산화구리, 산화아연 등의 무기계 항균소재나 키토산 등의 천연 유기계 항균소재를 적용한 항균필터들이 소개됐지만 미생물이 항균처리된 섬유표면에 직접 접촉해야 하며 시간이 흐를수록 퇴적된 미세먼지로 효과가 저하될 우려가 있었다.
연구팀은 필터 표면 상의 주변 미생물에 까지 영향을 미칠 수 있는 필터를 고안하는 데 중점을 뒀다.
가시광선을 쬐면 활성산소를 만드는 이산화티탄-유기염료의 복합나노입자를 제조하고 표면을 높은 수분 내구성과 광화학적 살균 성능을 가지도록 개선했다.
대표적 광촉매인 이산화티탄은 자외선을 흡수하면 주위 산소, 물과 반응해 미생물을 살균할 수 있는 활성산소를 생성한다.
하지만 자외선은 실생활 공간에서 활용하기에 제약이 따른다.
가시광을 이용한 광촉매 활성화 연구가 있었지만 공정이 복잡해 아쉬움이 있었다.
연구팀은 소수성 표면 개질된 이산화티탄 나노입자에 가시광반응 유기염료를 염색해 제조공정을 간소화하고, 단일 에어로졸 공법을 통해 복잡한 섬유구조를 갖는 필터에 3차원 나노구조체를 형성했다.
이를 통해 활성산소 생성효율을 높이면서 우수한 미세먼지 제거 성능과 수분 안정성을 동시에 확보했다.
실제 연구팀이 제작한 필터는 표피 포도상구균에 대하여 실내조명 (2.9 mW/㎠)에서 4시간 후 99.9%, 태양광(18~21 mW/㎠)에서는 1시간 후 99.98%의 항균성을 나타냈다.
다만 실용화를 위해서는 나노입자 부착의 안정성 향상과 활성 산소 농도에 따른 인체 안전성 평가와 연계한 활성산소 생성 최적화 연구가 필요하다.
연구팀은 향후 유기염료의 광분해로 인한 제한적인 수명을 극복하고 더 낮은 광량에서도 우수한 항균성을 달성하기 위해 광재생과 광반응 성능 개선을 위한 연구를 계속할 계획이다.
이번 연구의 성과는 나노기술 분야 국제학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters)’에 2월 24일 표지논문으로 게재됐다.
