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성과명실내조명 빛으로 공기 중 미생물 죽이는 필터 실마리
Water-Repellent TiO2 Organic Dye-Based Air Filters for Efficient Visible-Light-Activated Photochemical Inactivation against Bioaerosols(Nano Letters (IF: 11.189, 2020년 기준))
- 지원사업
- 지원 기관
- 과학기술정보통신부
- 연구 기관
- 한국생산기술연구원
- 연구자
- 정상빈, 신주훈, 황기병, 고현식
- 발표일
- 2021-02-24
- 조회수
- 81
실내조명 빛으로 공기 중 미생물 죽이는 필터 실마리
가시광반응 이산화티탄/유기염료 복합나노입자 제조 및 수분 안정화
개요
최동윤 선임연구원(한국생산기술연구원)과 정재희 교수(세종대학교 기계공학과) 연구팀이 가시광을 이용해 부유 미생물을 살균하기 위한 필터를 제안했다고 밝혔다.
과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구사업과 기본연구사업, 세종대학교와 한국생산기술연구원의 기관고유사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 나노기술 분야 국제학술지 ‘나노 레터스 (Nano Letters)’에 2월 24일 표지논문으로 게재되었다.
연구 내용
가시광반응 이산화티타늄-유기염료 기반의 항균 필터는 단일 이산화 티타늄과 유기염료만으로 코팅된 필터에 비해 우수한 항균 성능을 나타내었다. 이는 이산화티타늄-유기염료 복합 나노입자는 유기염료 층에서 흡수된 가시광 에너지에 의해 형성된 여기 전자가 이산화 티타늄의 전도띠 (Conduction band)로 전달가능한 밴드갭 오프셋 (Bandgap offset)을 가져, 이산화티타늄 표면으로 축적된 전자로 인한 산화·환원 반응이 원활해지기 때문이다.
따라서 이산화티타늄-유기염료 복합 나노입자는 전자전달 메커니즘에 의한 산화·환원 반응으로 활성산소 생성과 에너지 전달 메커니즘에 의한 일중항 산소의 생성으로 광화화적 항균 성능 측면에서 시너지 효과를 가짐을 보였다. 개발된 가시광반응 항균필터는 표피 포도상구균 (Staphylococcus epider midis)에 대하여 실내조명(2.9 mW/cm2)에서 4시간 조사 후 99.9%의 항균성을 가지고, 태양광(18~21 mW/cm2)에서는 1시간 후 99.98%의 우수한 항균성을 나타내었다. 그 외 다양한 고초균(Bacillus subtilis), 대장균(Escherichia coli)과 장내구균 (Enterobacter aerogenes)에 대해서도 99% 이상의 항균 성능을 보였다.
다만 실용화를 위해서는 가시광반응 복합 나노입자의 부착 안정성 개선을 위한 바인더 나노소재 개발과 활성산소 농도에 따른 인체 유해성 평가 및 안정성 확보를 위한 활성산소 생성·방출 최적화 연구가 필요하다.
기대 효과
가시광을 이용한 활성산소 생성으로 공기 중 미세먼지, 유해가스와 바이러스의 동시 제거를 기대할 수 있어 더욱 효과적인 마스크, 공기청정기 필터 소재로 응용될 수 있으며 가시광 반응 유무기 복합소재의 광반응 메커니즘 규명 및 소재 기술 확보로부터 녹색기술 활용기반 신기능성 소재 연구자료로 활용이 기대된다.
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