초록 ▼

<1차년도 연구결과>
■ 다양한 촉매에 대한 모델 오염물의 습식산화 반응활성 및 완전산화 선택성 자료 구축
- 대표적 상업용 촉매에 의한 각종 유기물의 습식산화 활성자료 획득
- 귀금속 (Pt, Pd, Ru, Au, Ag) 및 전이금속 (Mn, Fe, Co, Ni, Cu) 산화물 담지 촉매의 제조 및 기초특성분석 자료 획득
- 촉매의 반응활성 및 완전산화 선택성 자료 구축
<2차년도 연구결과>
■ 촉매의 습식산화 활성점 규명 및 안정성 비교
- XRD, TPR, XPS, ESR, XANES 분석

<1차년도 연구결과>
■ 다양한 촉매에 대한 모델 오염물의 습식산화 반응활성 및 완전산화 선택성 자료 구축
- 대표적 상업용 촉매에 의한 각종 유기물의 습식산화 활성자료 획득
- 귀금속 (Pt, Pd, Ru, Au, Ag) 및 전이금속 (Mn, Fe, Co, Ni, Cu) 산화물 담지 촉매의 제조 및 기초특성분석 자료 획득
- 촉매의 반응활성 및 완전산화 선택성 자료 구축
<2차년도 연구결과>
■ 촉매의 습식산화 활성점 규명 및 안정성 비교
- XRD, TPR, XPS, ESR, XANES 분석을 통한 $CuO_x$ 촉매의 활성점 규명
- TPO, EA를 통한 반응후 촉매의 탄소침적량 분석
■ 조촉매, 공촉매 등을 포함하는 다성분 촉매에 의한 촉매 활성 증진 및 안정성 향상
- Ce 공담지 촉매 및 초임계수열합성법으로 제조한 $Ce_{0.65}Zr_{0.35}O_{2}$에 담지된 촉매의 제조
- 페놀 및 p-클로로페놀에 대한 반응활성과 완전산화선택성 비교자료 구축
- 탄소침적량 및 금속침출량 조사를 통한 촉매의 안정성 비교자료 구축
<3차년도 연구결과>
■ 실제 산업폐수에 최적화된 습식산화 촉매 원천기술개발
- 폐수성상분석: TOC, COD, BOD, 부유물질, 탁도, 색도, pH측정
- 펄프폐수 및 염색폐수의 모델반응물과 실제 폐수의 촉매습식산화 수행
- 기존 수처리방법 및 고도산화처리 기초자료 획득

Abstract ▼

▶ 1st year: Construction of data on catalytic activity and mineralization selectivity for wet air oxidation of model pollutants over various catalysts
- Acquisition of data on catalytic activity for wet air oxidation of various pollutants over commercial catalysts
- Preparation of catalysts mo

▶ 1st year: Construction of data on catalytic activity and mineralization selectivity for wet air oxidation of model pollutants over various catalysts
- Acquisition of data on catalytic activity for wet air oxidation of various pollutants over commercial catalysts
- Preparation of catalysts more than 20 species and fundamental characterization for them
- Construction of data on catalytic activity and mineralization selectivity for wet air oxidation of model pollutants over prepared catalysts
▶ 2nd year: Examination of active site and comparison of stability for wet air oxidation
- Examination of active site and comparison of stability through various characterization
- Comparison of activity, mineralization selectivity, and stability of the prepared catalysts containing cocatalyst for wet air oxidation
- Presentation at domestic and foreign conference, and contribution to distinguished scientific journal
▶ 3rd year: Development of prospective catalysts for wet air oxidation of industrial wastewater
- Characterization of selected wastewater
- Application of selected catalysts to wet air oxidation of industrial wastewater
- Evaluation of catalytic activity and stability for wet air oxidation of industrial wastewater
- Presentation of fundamental data on different wastewater treatment processes

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 요약문 ... 4
• I. 제목 ... 4
• II. 연구개발의 목적 및 필요성 ... 4
• III. 연구개발의 내용 및 범위 ... 5
• IV. 연구개발결과 ... 5
• V. 연구개발결과의 활용계획 ... 7
• SUMMARY ... 9
• CONTENTS ... 14
• 목차 ... 22
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 30
• 제1절 연구개발의 필요성 ... 30
• 제2절 연구개발의 목적 ... 35
• 제3절 연구개발의 목표 및 내용 ... 37
• 1. 연구개발의 최종목표 ... 37
• 2. 연차별 연구개발의 목표 및 내용 ... 37
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 38
• 제1절 습식산화 ... 38
• 제2절 습식산화반응-반응속도론, 반응 메카니즘 ... 40
• 1. 습식산화 반응 속도론-일반화시킨 속도론 모델 ... 40
• 2. 카르복실산의 습식산화 ... 43
• 3. 페놀류의 습식산화 ... 45
• 제3절 습식산화 촉매 ... 49
• 제4절 습식산화 공정의 응용 ... 52
• 1. 습식산화의 응용분야 ... 52
• 2. 습식산화의 상업용 공정 ... 53
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 57
• 제1절 대표적 상업용 촉매의 각종 유기물의 촉매습식산화 활성에 대한 screening test ... 57
• 1. 실험 ... 57
• 가. 촉매 ... 57
• 나. 반응물 ... 57
• 다. 반응실험 ... 57
• 2. 결과 및 고찰 ... 60
• 가. 여러 가지 유기물의 촉매습식산화 스크린 결과 ... 60
• (1) Phenol의 촉매습식산화 ... 60
• (2) Oxalic acid의 촉매습식산화 ... 60
• (3) Succinic acid의 촉매습식산화 ... 63
• (4) Nitrophenol의 촉매습식산화 ... 63
• (5) Nitrilotriacetic acid의 촉매습식산화 ... 63
• (6) Mercaptoethanol의 촉매습식산화 ... 67
• (7) Mercaptoacetic acid의 촉매습식산화 ... 67
• 나. 촉매의 스크린 결과 비교 ... 67
• (1) Pt 촉매에 의한 습식산화 결과 비교 ... 67
• (2) Pd 촉매에 의한 습식산화 결과 비교 ... 71
• (3) Ru 촉매에 의한 습식산화 결과 비교 ... 71
• (4) CuO 촉매에 의한 습식산화 결과 비교 ... 71
• 3. 결론 ... 75
• 제2절 모델반응물(페놀, p-클로로페놀)의 촉매습식산화 ... 77
• 1. 페놀의 습식산화 ... 77
• 가. 전이금속산화물 및 귀금속 촉매에 의한 페놀의 습식산화 ... 77
• (1) 실험 ... 77
• (가) 촉매제조 ... 77
• (나) 촉매 특성분석 ... 78
• (다) 반응실험 ... 78
• (2) 결과 및 고찰 ... 79
• (가) 기초특성분석 결과 ... 79
• (나) 알루미나 담지 촉매의 반응활성 ... 86
• (다) 티타니아 담지 촉매의 반응활성 ... 86
• (3) 결론 ... 93
• 나. Ce 첨가가 전이금속산화물 및 귀금속 촉매에 미치는 영향 ... 94
• (1) 실험 ... 94
• (가) 촉매제조 ... 94
• (나) 촉매 특성분석 ... 96
• (다) 반응실험 ... 97
• (2) 결과 및 고찰 ... 97
• (가) Ce 첨가가 전이금속산화물 촉매에 미치는 영향 ... 97
• (나) Ce 첨가가 Pt 촉매에 미치는 영향 ... 122
• (3) 결론 ... 130
• 다. Cu와 Mn이 공담지된 촉매에 의한 페놀의 습식산화 ... 131
• (1) 실험 ... 131
• (가) 촉매제조 ... 131
• (나) 촉매 특성분석 ... 131
• (다) 반응실험 ... 132
• (2) 결과 및 고찰 ... 132
• (가) Cu-Mn 공담지 촉매의 습식산화 반응활성 ... 132
• (나) Cu-Mn 공담지 촉매에서 Mn 함량이 반응활성에 미치는 영향 ... 140
• (다) Cu-Mn 공담지가 탄소침적에 미치는 영향 ... 140
• (3) 결론 ... 147
• 2. 비귀금속 촉매에 의한 p-클로로페놀의 습식산화 ... 148
• 가. 실험 ... 148
• (1) 촉매제조 ... 148
• (2) 촉매 특성분석 ... 148
• (가) 질소흡착실험 ... 148
• (나) 원소분석 (Elemental Analysis) ... 148
• (3) 반응실험 ... 149
• 나. 결과 및 고찰 ... 149
• (1) p-클로로페놀의 습식산화에 대한 비금속 촉매의 반응활성 ... 149
• (2) 탄소침적량 분석을 통한 촉매의 안정성 비교 ... 154
• (3) 촉매에 따른 완전산화 선택성 비교 ... 154
• 다. 결론 ... 161
• 3. 페놀의 습식산화에서 CuOx 촉매의 활성점 규명 ... 162
• 가. 실험 ... 162
• (1) 촉매제조 ... 162
• (2) 촉매 특성분석 ... 162
• (가) 질소흡착실험 ... 162
• (나) X-선 회절 (X-ray diffraction) 분석 ... 162
• (다) 승온환원 (TPR: Temperature Programmed Reduction) 실험 ... 163
• (라) N2O 적정 (Reactive Frontal Chromatography) ... 163
• (마) XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) 분석 ... 163
• (바) XANES(X-ray Absorption Near Edge Structure) 분석 ... 164
• (사) ESR(Electron Spin Resonance) 분석 ... 164
• (아) 원소분석 (Elemental Analysis) ... 164
• (3) 반응실험 ... 164
• 나. 결과 및 고찰 ... 165
• (1) Cu 담지량에 따른 반응활성 ... 165
• (2) CuOx 촉매의 활성점 규명 ... 165
• (가) H2-TPR을 통한 촉매표면의 환원능 분석 ... 165
• (나) XRD 패턴 분석 ... 175
• (다) ESR spectra 분석 ... 175
• (라) XPS spectra 분석 ... 175
• (마) XANES spectra 분석 ... 185
• (바) CuOx촉매에서 Cu의 분산도 ... 185
• (3) Cu의 담지량에 따른 탄소침적량 비교 ... 190
• 다. 결론 ... 195
• 4. 대표적 촉매의 온도에 따른 습식산화 반응성 측정-활성화에너지 ... 196
• 가. 실험 ... 196
• (1) 촉매제조 ... 196
• (2) 촉매 특성분석 ... 196
• (가) 원소분석 (Elemental Analysis) ... 196
• (나) XRF (X-ray Fluorescence) / ICP (Inductively coupled plasma) 분석 ... 196
• (3) 반응실험 ... 197
• 나. 결과 및 고찰 ... 197
• (1) 반응온도에 따른 촉매의 습식산화 반응활성 ... 197
• (2) 활성화 에너지 ... 202
• (3) 반응온도에 따른 촉매의 안정성 ... 202
• 다. 결론 ... 206
• 5. 대표적 촉매의 안정성 검토 ... 210
• 가. 실험 ... 210
• (1) 촉매제조 ... 210
• (2) 촉매 특성분석 ... 210
• (가) 원소분석 (Elemental Analysis) ... 210
• (나) XRF (X-ray Fluorescence) / ICP (Inductively coupled plasma) 분석 ... 210
• (3) 반응실험 ... 211
• 나. 결과 및 고찰 ... 211
• (1) 금속침출에 대한 고찰 ... 211
• (2) 탄소침적에 대한 고찰 ... 214
• (3) 반응후 촉매의 재생 및 재사용 효과 고찰 ... 214
• 다. 결론 ... 218
• 제3절 펄프 및 제지 폐수의 습식산화 ... 222
• 1. 펄프 및 제지폐수의 처리 ... 222
• 가. 펄프 및 제지폐수의 특징 ... 222
• 나. 펄프 및 제지 제조공정 ... 225
• (1) 펄프공정 ... 225
• (2) 종이제조공정 ... 225
• 다. 펄프 및 제지폐수의 처리방법 ... 226
• (1) 물리화학적 처리방법 ... 231
• (가) 여과 분리 ... 231
• (나) 침강 분리 ... 231
• (다) 부상 분리 ... 231
• (라) 응집침전 ... 232
• (마) 흡착 ... 233
• (2) 생물학적 처리방법 ... 233
• (가) 활성슬러지법 ... 233
• (나) 생물막 처리법 ... 234
• 2. 리그닌 모델 반응물의 습식산화 ... 236
• 가. 실험 ... 236
• (1) 리그닌 모델 반응물 ... 236
• (2) 촉매제조 ... 236
• (3) 분석방법 ... 239
• (가) COD (Chemical Oxygen Demand) 측정 ... 239
• (나) 원소분석 (Elemental Analysis) ... 239
• (다) XRF (X-ray Fluorescence) / ICP (Inductively coupled plasma) 분석 ... 239
• (4) 반응실험 ... 239
• 나. 결과 및 고찰 ... 240
• (1) 리그닌 모델 반응물의 반응성 ... 240
• (2) 리그닌 모델 반응물의 습식산화 ... 240
• (3) 촉매 안정성에 대한 고찰 ... 250
• 다. 결론 ... 256
• 3. 실제 펄프폐수의 습식산화 ... 257
• 가. 실험 ... 257
• (1) 펄프폐수 ... 257
• (2) 촉매제조 ... 257
• (3) 분석방법 ... 259
• (4) 반응실험 ... 259
• 나. 결과 및 고찰 ... 259
• (1) 펄프폐수의 성상 ... 259
• (2) 펄프폐수의 습식산화 ... 260
• (3) 반응온도가 펄프폐수의 습식산화에 미치는 영향 ... 260
• (4) pH가 펄프폐수의 습식산화에 미치는 영향 ... 266
• (5) 금속침출과 탄소침적 조사를 통한 촉매의 안정성에 대한 고찰 ... 270
• 다. 결론 ... 271
• 제4절 염색폐수의 습식산화 ... 274
• 1. 염색폐수의 처리 ... 274
• 가. 염색폐수의 특징 ... 274
• 나. 염색폐수의 처리방법 ... 275
• (1) 물리적 처리방법 ... 275
• (가) 한외 여과법 ... 275
• (나) 자연침강법(또는 자연부상법)과 가압부상법 ... 278
• (2) 화학적 처리방법 ... 278
• (가) 펜톤 시약법 ... 278
• (나) 오존법 ... 278
• (다) NaOCl 탈색 ... 279
• (라) 산화공정 ... 279
• (마) 전기화학적 처리 ... 280
• (3) 물리.화학적 처리방법 ... 280
• (가) 흡착법 ... 280
• (나) 막분리법 ... 281
• (다) 이온교환 ... 281
• (4) 생물학적 처리방법 ... 283
• (가) 활성슬러지법 ... 283
• (나) 생물막 여과공법 ... 283
• 2. 각종 반응성 염료의 습식산화 ... 285
• 가. 실험 ... 285
• (1) 반응성 염료 ... 285
• (2) 촉매제조 ... 286
• (3) 분석방법 ... 286
• (가) COD (Chemical Oxygen Demand) 측정 ... 286
• (나) 원소분석 (Elemental Analysis) ... 286
• (다) 원자흡수분광 (Atomic absorption spectrometry) 분석 ... 286
• (4) 반응실험 ... 289
• 나. 결과 및 고찰 ... 289
• (1) Reactive red 2의 습식산화 ... 289
• (2) Reactive blue 4의 습식산화 ... 289
• (3) Reactive yellow 2의 습식산화 ... 293
• (4) 반응활성 및 제거효율 비교 ... 293
• (5) 촉매 안정성에 대한 고찰 ... 298
• 다. 결론 ... 301
• 3. 제조된 합성 염색폐수의 습식산화 ... 302
• 가. 실험 ... 302
• (1) 합성염색폐수의 제조 ... 302
• (2) 촉매제조 ... 302
• (3) 분석방법 ... 305
• (4) 반응실험 ... 305
• 나. 결과 및 고찰 ... 305
• (1) 습식산화에 의한 합성폐수의 색도제거 ... 305
• (2) 습식산화에 의한 TOC 및 COD 제거 ... 307
• (3) 촉매 안정성에 대한 고찰 ... 311
• 다. 결론 ... 311
• 4. 실제 염색폐수의 습식산화 ... 315
• 가. 실험 ... 315
• (1) 염색폐수 ... 315
• (2) 촉매제조 ... 315
• (3) 분석방법 ... 317
• (4) 반응실험 ... 317
• 나. 결과 및 고찰 ... 317
• (1) 습식산화에 의한 염색폐수의 색도제거 ... 317
• (2) 습식산화에 의한 염색폐수의 TOC 및 COD 제거 ... 319
• (3) 촉매 안정성에 대한 고찰 ... 319
• 다. 결론 ... 324
• 제5절 연구개발결과 및 제언 ... 327
• 제4장 목표 달성도 및 대외 기여도 ... 329
• 제1절 목표 달성도 ... 329
• 제2절 대외 기여도 ... 331
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 332
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 333
• 제1절 난분해성 산업폐수의 처리 ... 333
• 제2절 고도산화처리공정 ... 334
• 1. 광촉매 산화반응 (photocatalysis) ... 334
• 2. 펜톤산화 (Fenton) ... 336
• 3. 오존법 (Ozonation) ... 338
• 4. 오존/과산화수소법 (Ozone/H2O2 (PEROXONE) process) ... 340
• 5. 오존/UV 또는 과산화수소/UV (Ozone/UV or H2O2/UV process) ... 342
• 제3절 해외 기술개발 동향 ... 346
• 제7장 참고문헌 ... 349