광촉매는 빛을 흡수하여 다양한 화학반응을 일으키는 물질을 말하며, 광촉매의 대표적인 물질로는 TiO2, ZnO 및 ZnS 등이 있으며, 반응조건과 활성을 고려하였을 때 효율이 가장 좋은 물질은 TiO2로 알려짐.

TiO2 광촉매는 반도체성 물질로 빛(380nm 이하)을 조사해주면 광산화, 광환원, 및 친수화 반응을 일으키며, 활성산소의 생성과 물분자의 배위가 동시에 일어나 활성산소의 힘으로 분해력을, 물분자의 배위 영향으로 친수성을 나타냄. 산소로부터는 수퍼 옥사이드 음이온(O2-)이, 물로부터는 수산라디칼(*OH)이 생성되며, 이들의 분해 작용으로 표면의 유기물들이 분해됨.

TiO2는 결정구조 모양에 따라 Anatase형과 Rutile형으로 나눠지며 Anatase상은 비표면적이 크기 때문에 광촉매에 주로 사용됨.

광촉매를 활용한 VOC 제거

VOCs를 제거하는 방법에는 연소법, 흡착법, 광촉매산화법 등이 있으며, 경제적 요소 및 환경친화적 측면을 고려하면, 에너지가 큰 자외선 파장의 빛에 의해 일어나는 화학반응을 이용하는 광촉매산화법이 가장 이상적인 방법으로 평가됨.

VOCs는 광촉매의 산화반응을 통해 물과 이산화탄소로 분해되므로 광촉매는 VOCs를 정화할 수 있는 물질로 사용가능하며, 산업분야에서도 광촉매를 활용하고자하는 연구가 진행 중이나, 현재 광촉매의 활용은 실내 공기정화장치에 국한되어 있음.

실내공기의 오염원(미세먼지, 이산화탄소, 포름알데하이드, 총부유세균, 일산화탄소, 이산화질소, 라돈, 휘발성 유기화합물, 석면, 오존 – 다중이용시설 등의 실내공기질관리법)은 대기오염의 오염원과 상이하며 VOCs는 실내공기 오염의 주 오염원이 아님.

광촉매를 활용한 산업현장의 VOCs제거는 미개척 분야이며, 특히 VOCs는 대기 중의 오염원이기 때문에 VOCs를 효과적으로 정화하기 위해서는 대기상에서 공기를 정화하는 광촉매의 활용이 필요함.