【브레이크뉴스 구미】이성현 기자=국립금오공과대학교 연구진이 실내 공기 중 유해물질인 포름알데히드를 상온에서 효과적으로 제거할 수 있는 고성능 촉매 필터 기술을 개발했다.
국립금오공과대학교(총장 김상호)는 건축토목환경공학부 환경공학전공 김태오 교수 연구팀이 실내 공기 중 포름알데히드(Formaldehyde)를 상온에서 제거할 수 있는 촉매 필터 기술을 개발했다고 밝혔다.
포름알데히드는 건축 자재와 가구, 접착제 등에서 방출되는 대표적인 실내 공기 오염물질로, 국제암연구소가 지정한 1급 발암물질이다. 특히 환기가 제한된 실내 환경에서는 농도가 쉽게 높아져 새집증후군의 주요 원인 물질로 지목되고 있어 이를 효과적으로 제거하기 위한 기술 개발이 중요한 환경 문제로 제기돼 왔다.
연구팀은 폴리비닐알코올(PVA)을 활용해 섬유 필터 위에서 망간 산화물(MnO₂) 촉매가 직접 성장하도록 하는 새로운 촉매 필터 구조를 개발했다. PVA는 MnO₂ 형성을 유도하는 환원제로 작용하는 동시에 촉매와 섬유 기판 사이의 접착력을 높이는 결합제 역할을 해 촉매 구조의 안정성을 향상시키는 것으로 나타났다.
실험 결과, 해당 촉매 필터는 최대 97% 이상의 포름알데히드 제거율과 높은 이산화탄소 전환률을 보였으며 반복 사용과 장시간 연속 운전 조건에서도 안정적인 성능을 유지하는 것으로 확인됐다. 또한 촉매 표면의 산소 결함과 표면흡착산소종이 반응 중간체의 빠른 전환을 촉진해 상온에서도 효율적인 촉매 산화 반응이 가능함을 규명했다.
김태오 교수는 “이번에 개발한 촉매 필터는 공기청정기나 환기 시스템 등에 적용해 다양한 실내 환경에서 활용할 수 있는 공기 정화 기술로 확장될 가능성이 있다”며 “연구를 수행한 박예지 학생의 성과가 차세대 촉매 기반 공기정화 소재 개발의 가능성을 보여준다”고 말했다.
이번 연구의 제1저자인 박예지 연구원(환경공학과 석사 졸업)은 촉매 합성과 성능 평가 실험, 촉매 반응 메커니즘 분석에 참여해 연구 수행에 핵심적인 역할을 했으며, 2024년 대학원 대통령과학장학생으로 선정된 바 있다.
연구 성과는 환경·화학공학 분야 국제 학술지인 Journal of Hazardous Materials(JCR 상위 4%, IF 11.3)에 온라인 공개됐으며, 오는 4월호 인쇄판에도 게재될 예정이다. 이번 연구는 한국기계연구원 기본사업과 경상북도 RISE 사업의 지원을 받아 수행됐다.
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Kumoh National Institute of Technology Research Team Develops High-Performance Catalytic Filter to Remove Formaldehyde at Room Temperature
Researchers at the National Institute of Technology have developed a high-performance catalytic filter technology capable of effectively removing formaldehyde, a harmful substance found in indoor air, at room temperature.
The National Institute of Technology (President Kim Sang-ho) announced that a research team led by Professor Kim Tae-oh of the Department of Environmental Engineering, School of Civil, Engineering and Environmental Engineering, has developed a catalytic filter technology capable of removing formaldehyde from indoor air at room temperature.
Formaldehyde is a representative indoor air pollutant emitted from building materials, furniture, and adhesives, and is classified as a Group 1 carcinogen by the International Agency for Research on Cancer (IARC). In particular, its concentration rises easily in indoor environments with limited ventilation, and it is identified as a major cause of sick building syndrome; consequently, the development of technology to effectively remove it has been raised as a critical environmental issue.
The research team developed a new catalytic filter structure utilizing polyvinyl alcohol (PVA) to allow manganese oxide (MnO₂) catalysts to grow directly on a fiber filter. PVA was found to improve the structural stability of the catalyst by acting as a reducing agent that induces MnO₂ formation, while simultaneously serving as a binder that enhances adhesion between the catalyst and the fiber substrate.
Experimental results showed that the catalyst filter demonstrated a formaldehyde removal rate of over 97% and a high carbon dioxide conversion rate, and was confirmed to maintain stable performance even under conditions of repeated use and long-term continuous operation. Furthermore, it was revealed that oxygen defects on the catalyst surface and surface-adsorbed oxygen species facilitate the rapid conversion of reaction intermediates, enabling efficient catalytic oxidation reactions even at room temperature.
Professor Kim Tae-oh stated, "The catalyst filter developed in this study has the potential to expand into an air purification technology applicable to various indoor environments by being applied to air purifiers or ventilation systems." He added, "The achievements of student Park Ye-ji, who conducted this research, demonstrate the potential for developing next-generation catalyst-based air purification materials."
Researcher Park Ye-ji (Master's degree in Environmental Engineering), the first author of this study, played a key role in the research by participating in catalyst synthesis, performance evaluation experiments, and the analysis of the catalytic reaction mechanism. She was selected as a 2024 Presidential Science Scholar for Graduate Students. The research results have been published online in the Journal of Hazardous Materials (top 4% JCR, IF 11.3), an international academic journal in the field of environmental and chemical engineering, and are scheduled to be included in the print edition in the upcoming April issue. This research was conducted with support from the Korea Institute of Mechanical Engineering's Basic Project and Gyeongsangbuk-do's RISE Project.
