페롭스카이트 기반 촉매열분해를 통한 폐마스크 자원화 효율 향상

최근 코로나 19의 발발로 인해 마스크 착용의 중요성이 강조되어 마스크의 생산 및 수요와 함께 폐마스크의 발생량 역시 급격하게 증가하였다. 그 결과 PE나 PP와 같은 플라스틱 기반 폐마스크들이 빠른 속도로 지구상에 누적되고 있으며, 이들이 보이는 난분해적 특성은 처리 문제의 해결에 난항을 제공하고 있다. 이러한 문제를 해결하고자 본 연구에서는 사방정계 형태로 구조적 안정성을 나타내는 페롭스카이트 촉매를 개발하고, 기존 촉매와 비교하여 촉매열분해 전후 성능평가를 진행하였다. 우선, 폐마스크의 화학적 조성을 확인하기 위하여 FTIR, ICP-OES로 분석한 결과, 마스크가 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 나일론(nylon), 철(Fe), 망간(Mn)로 구성되어 있음을 확인하였다. 이후, 대표적인 촉매제조기법인 sol-gel법을 이용하여 FeAlO3의 조성을 가지는 페롭스카이트를 개발하였고, 촉매에 대한 물리화학적 특성분석을 XRD, BET로 진행하였다. 그 결과, 기존 상용화된 촉매보다 훨씬 작은 기공사이즈(1.0202 ㎡/g)가 확인되었으며, 이러한 특성은 coke 형성을 억제하여 촉매 열분해 실험 후에도 메틸헵테인과 같은 고부가 물질의 생산에 기여하는 것으로 보인다. 마지막으로 상기 촉매들을 이용한 분해 산물을 비교해 본 결과, 페롭스카이트가 적용된 경우 C15~C48 사이 폴리머의 분해가 촉진되어 H2/CO를 포함한 가장 다양한 화학적 조성의 산물이 생산되는 것을 확인하였다. 이러한 연구결과는 현재 정부에서 진행하는 자원순환 사업과 연계하여 플라스틱 자원화 기술의 가능성을 높이는데 사용될 것으로 기대된다.