본 연구에서는 광촉매 분말을 수처리 적용 시 발생하는 회수의 어려움을 해결하기 위해 광촉매 nano-ZnO 분말을 지지체에 고정화하여 복합체를 제조하고자 하였다. 또한, 고정화 시 발생하는 효율 감소를 극복하기 위해 유기오염물질 수착(Sorption) 능을 가진 실리콘 (Silicone), ABS (Acrylonitrile-Butadiene-Styrene), 에폭시(Epoxy), 부타디엔 고무(Butadiene Rubber)를 지지체로 선정하여 NZOCs (nano-ZnO/organic support composites)를 제조하였다. 그리고 개발된 NZOCs의 수중 내구성을 규명 하고, 지하수 내 대표적인 난분해성 유기오염물인 TCE (1,1,2-Trichloroethylene)를 대상으로 액상에서 제거 실험을 통해 NZOCs의 활용 타당성을 검증하였다.
연구 결과, 내구성 실험을 통해 개발된 NZOCs는 수질정화 용도로 장기간 사용이 타당함을 확인 하였다. 한편, NZOCs의 물리·화학적 특성을 FE-SEM, EDX, Imaging 분석을 통해 확인한 결과, NZBC (nano-ZnO/butadiene rubber composite)는 다양한 공극과 균열에 nano-ZnO 분말이 비교적 균질하게 부착된 반면, NZSC (nano-ZnO/silicone composite), NZAC (nano-ZnO/ABS composite), NZEC (nano-ZnO/epoxy composite)는 공극과 균열이 형성되지 않아 불 균질한 부착이 이뤄졌음을 확인 할 수 있었다.
TCE 제거 실험의 경우 다른 복합체와는 달리 NZBC는 초기농도 대비 60%의 TCE 수착 능을 보였는데, 지지체로 사용된 부타디엔고무가 비결정성 고분자이며 TCE 분자의 소수성 분배가 활발히 발생하였기 때문이라고 판단하였다. 또한, 액상에서 TCE 제거효율(수착+ 광촉매)도 NZBC가 99%로 가장 우수하였으며 복합체 주입 양이 증가할수록 TCE 제거 효율이 크게 증가하였다. 이러한 결과는 부타디엔고무의 우수한 수착 능과 nano-ZnO의 광촉매 기작이 동시에 발생하였기 때문이다. 액상에서 광촉매를 활용한 TCE 제거는 선형모델을 활용하여 비교적 잘 (R2 ≥ 0.936) 모사할 수 있었으며, NZBC 5 g과 10 g의 반응속도(Kapp)는 UV-C에 의한 TCE 반응속도(Kphotolysis) 대비 약 2.64, 3.85 배 높은 값으로 확인되었다. 그리고 nano-ZnO 분말 보다 약 2 배 우수한 제거 효율을 보였다. 따라서 NZBC를 최적의 복합체로 선정하였다.
선정된 NZBC를 활용하여 TCE를 대상으로 광촉매 영향 인자(초기농도, 주입량, 광원의 세기, pH)에 따른 영향을 규명한 결과, 초기 농도가 증가 할수록 액상의 존재하는 다량의 TCE 분자가 광자(Photons)를 흡수하여 효율이 감소하였다. 반면, NZBC의 주입량의 경우는 주입량이 증가함에 따라 TCE 분자를 수착 할 수 있는 표면적이 넓어지고 광 활성화 할 수 있는 nano-ZnO의 증가로 인해 효율이 상승하였다. 한편, TCE 초기농도와 NZBC 주입량에 따른 경험적 회귀식을 도출하여 TCE 10 mg/L과 NZBC 10 g의 이론적 반응 속도를 추정한 결과 약 87%의 신뢰 수준으로 회귀식이 잘 모사 됐음을 확인 할 수 있었다. 그리고 광원의 세기는 TCE 10 mg/L, NZBC 10 g 조건에서 42 μW/㎠가 적합하였다. 마지막으로 pH 실험 결과, NZBC는 pH 4 정도의 산성 조건에서도 사용 할 수 있음을 확인하였고, pH가 증가함에 따라 하이드록실 라디칼에 의해 제거 효율이 향상되었다.
본 연구를 통해 개발된 NZBC (nano-ZnO/butadiene rubber composites)의 TCE 초기농도, 주입량, 광원의 세기, pH에 따른 영향 규명 및 경험식을 도출하였다. 제시된 경험식을 근거로 하여 개발된 NZBC가 지하수 내 대표적인 난분해성물질인 TCE 제거에 있어 효과적임이 판명되었다. 따라서 개발된 NZBC는 오염물질 처리 후 발생하는 분말 회수 문제를 해결하고, 고정화 시 발생하는 효율감소를 극복 할 수 있을 것이라 판단된다.