최근 뉴스에서 가장 비중 있게 다루었던 문제 중에 하나가 바로 구제역이다. 작년 11월부터 시작된 구제역 사태로 인해 전국적으로 340만여 마리의 소, 돼지가 살처분 되었다는 소식을 듣고 경악을 금치 못했던 것이 생각난다. 엄청난 수의 가축이 도살되어 농가에 막심한 피해를 준 것도 문제였지만, 이것보다 더욱 심각한 문제는 바로 ‘구제역 침출수’로 인한 환경오염의 심각성이었다. 전국적으로 집계된 침출수의 양은 대략 500ml 생수병으로 1억 2312만 개 수준이며, 이로 인해 토양과 지하수가 급속도로 오염되어 가고 있다고 하였다. 특히 구제역 매몰지 가운데 60%가 넘는 지역의 주민들이 식수로 지하수를 이용하고 있는 것으로 조사되었으며, 날씨가 따뜻해짐에 따라 오염된 지하수가 지하 암반 대수층을 따라 이동하면서 오염피해가 주변지역까지 널리 확산된다는 보도를 듣고 이에 대한 대책 강구가 시급하다는 생각이 들어 이와 관련된 연구주제를 생각하게 되었다.

  구제역 침출수는 매장된 가축의 사체가 부패하면서 체내에 있던 수분이 모여 발생된다고 한다. 특히 침출수에는 가축의 장이나 배설물에 살던 미생물이 대량 번식해 섞이고 일부 유독가스도 포함된다고 한다. 특히 인체에 유해한 병원성 미생물, 암모니아성 질소, 질산성 질소가 대량으로 발생되어 악취를 유발하고, 사람들의 건강을 위협한다고 하니 이에 대한 문제해결이 시급하다는 판단을 하게 되었다. 특히 오염의 지표로써 많이 인용되는 질산성 질소에 대한 관심이 커졌고, 이를 제거할 수 있는 방법에 대해 탐구하기로 하였다

  질산성 질소는 독성은 거의 무시할 수 있으나 2차, 3차적인 영향을 미칠 수 있다는 점에서 주목할 필요가 있는 물질이라고 한다. 2차적인 독성은 미생물에 의해서 질산성 질소가 아질산성 질소로 환원됨으로써 초래된다고 한다. 환원된 아질산성 질소는 혈류내로 흡수되며, 헤모글로빈과 반응하여 혈액의 산소 전달계 기능을 부분적으로 상실시키고, 이러한 작용은 청색증을 유발하여 특히 유아에게 치명적이라고 한다. 3차적인 독성은 질산성 질소가 위산과 반응하여 발암전구물질인 니트로사민을 형성함으로써 매우 광범위한 위험요소가 된다고 한다. 따라서 이러한 질산성 질소를 완전히 분해하여 무해한 물질로 전환하는 연구를 수행하기로 하였다.

  질산성 질소를 처리하는 대표적인 방법은 미생물에 의한 생물학적 환원방법과 화학적 산화환원 방법이 있는 것으로 알려져 있다. 상기 언급한 내용처럼 질산성 질소가 불완전하게 화학반응을 일으키면 2차 독성 물질인 아질산성 질소나 3차 독성 물질인 니트로사민을 생성할 수 있기 때문에, 인체 및 환경에 무해한 암모니아로의 완전환원을 유도하고자 하였다. 질산성 질소를 암모니아로 완전 환원시키기 위해서는 강력한 산화제를 첨가해주는 방법을 생각할 수 있다. 하지만 기존의 연구는 이를 근본적으로 해결할 수 없는 한계점을 가지고 있었기 때문에 산화력이 우수한 촉매를 합성하고자 하였다.

  우리가 개발할 질산성 질소 분해 촉매는 철(Fe)위에 구리(Cu)를 코팅함으로써 철의 전자전달 속도를 향상시키는 것이다. 일반적으로 Fe은 산화가 잘되는 물질로써 반응물질에 전자를 전달하여 환원을 유도시킬 수 있다. 하지만 Fe 자체만의 산화력은 질산성 질소를 완전환원 시킬 수 있을 만큼 높지 못하기 때문에 상대적으로 환원력이 높은 Cu를 코팅함으로써 산화력을 더욱 증대시키는 것이다. Cu는 전자를 잘 끌어오는 성질이 있기 때문에 Fe로부터 산화를 유발시킬 수 있고 이로 인해 강력한 산화력이 발생되어 질산성 질소를 암모니아로 완전 환원시킬 수 있을 것으로 기대된다.