초록 ▼

본 연구의 목표는 유동층 화학기상증착법을 통한 티타니아 나노코팅 입자개발과 이를 이용한 환경오염물질 제거효율향상 공정개발이다.
분말이나 입자의 표면에 금속이나 세라믹을 나노스케일로 코팅하는 유동층 화학기상증착기술을 개발하여 입자에 티타니아를 균일하게 코팅한다. 설계 및 공정 변수의 최적화를 통하여 최적의 조업조건을 찾아내고 운전비용 절감과 처리능력 신장을 도모한다. 또한 광촉매가 나노스케일로 코팅된 3차원 입자를 적용한 환경오염물질 제거효율 향상 공정을 개발하여 $NO_x$, VOC 등의 환경오염물질을

본 연구의 목표는 유동층 화학기상증착법을 통한 티타니아 나노코팅 입자개발과 이를 이용한 환경오염물질 제거효율향상 공정개발이다.
분말이나 입자의 표면에 금속이나 세라믹을 나노스케일로 코팅하는 유동층 화학기상증착기술을 개발하여 입자에 티타니아를 균일하게 코팅한다. 설계 및 공정 변수의 최적화를 통하여 최적의 조업조건을 찾아내고 운전비용 절감과 처리능력 신장을 도모한다. 또한 광촉매가 나노스케일로 코팅된 3차원 입자를 적용한 환경오염물질 제거효율 향상 공정을 개발하여 $NO_x$, VOC 등의 환경오염물질을 제거, 대기 및 수질환경을 개선할 수 있도록 한다.
각 사업 연도의 사업내용 및 범위는 다음과 같다.
1차년도:
- 벤치스케일 유동층 화학기상증착 (FB CVD) 장치 설계와 제작
- 수력학적 특성 분석
- 티타니아의 나노코팅
2차년도:
- 벤치스케일 유동층 화학기상증착 (FB CVD) 조업조건 확립
- 나노 코팅된 입자의 광촉매 특성 평가
- 산업용 FB CVD 장치 설계
3차년도:
- 산업용 FB CVD 장치 제작
- 나노 코팅된 입자의 물리화학적 물성과 광촉매 특성 평가
- 산업용 FB CVD 장치의 최적운전조건 확립 및 제품의 대량생산

Abstract ▼

The precursor of titania (TTIP) is chosen to prepare the photocatalyst nano-coated particles. The glass, alumina and silica-gel particles deposited by titania photocatalyst are prepared for the removal of pollutants by FB-CVD. The prepared particles with thin films of photocatalysts are characteriz

The precursor of titania (TTIP) is chosen to prepare the photocatalyst nano-coated particles. The glass, alumina and silica-gel particles deposited by titania photocatalyst are prepared for the removal of pollutants by FB-CVD. The prepared particles with thin films of photocatalysts are characterized to analyse the optical/physical characteristics with XRD, FE-SEM/EDXS, and XPS. The photocatalytic reactivities of the particles are confirmed by the decomposition of pollutants, such as acetaldehyde, in gas phase and of methylene blue in liquid phase under UV.
The contents and scopes of project are as follows:
1st year:
- Design and manufacture of bench-scale FB-CVD
- Identification of hydrodynamic properties of FB
- Nano-coating of titania on 3-D particles with FB-CVD apparatus
2nd year:
- Establishment of optimum operation conditions of bench-scale FB-CVD
- Characterization of physicochemical properties of photocatalyst nano-coated particles prepared in bench-scale FB-CVD
- Design of commercial-scale FB-CVD
3rd year:
- Manufacture and operation of commercial-scale FB-CVD
- Characterization of physicochemical properties of photocatalyst nano-coated particles prepared in commercial-scale FB-CVD
- Establishment of optimum operation conditions of commercial-scale FB-CVD

목차 Contents

• 표지 ...1
• 제출문 ...3
• 요약문 ...4
• SUMMARY ...8
• CONTENTS ...12
• 차례 ...14
• 표차례 ...19
• 그림차례 ...21
• 제1장 서론 ...27
• 제1절 연구개발의 목적 ...27
• 제2절 연구개발의 필요성 ...32
• 제3절 연구개발의 범위 ...35
• 1. 최종목표 ...35
• 2. 평가방법 및 평가항목 ...35
• 가. 순환유동층 화학기상증착법을 통한 티타니아 나노코팅 입자개발 ...35
• (1) 산업용 규모 순환유동층 화학기상증착 장치의 운전상태 및 실험결과에 따른 성능평가 ...35
• (2) 공정최적화에 따른 경제성 평가 ...35
• 나. 티타니아 나노코팅 입자를 이용한 환경오염물질 제거효율향상 제품개발 ...36
• (1) 티타니아 나노코팅입자의 환경오염물질 제거능력 평가 ...36
• (2) 티타니아 나노코팅된 입자의 물리화학적 특성 (코팅두께, 표면원소분석) ...36
• 3. 연차별 주요 사업 내용 ...37
• 제4절 이론적 고찰 ...38
• 1. 광촉매 (Photocatalyst) ...38
• 2. 화학기상증착 (CVD) ...46
• 가. CVD의 정의와 이용 ...46
• 나. CVD의 장점과 단점 ...48
• 다. CVD 시스템 ...49
• (1) 화학적 증기 전구체 공급 시스템 ...49
• (2) CVD 반응기 ...50
• (3) 배기가스 처리 시스템 ...52
• 라. 전구체 화합물과 화학반응 ...53
• 마. 여러 가지 CVD의 비교 ...54
• 바. CVD와 다른 코팅 기술과의 비교 ...58
• 3. 유동층 (Fluidized bed) ...60
• 가. 유동화의 정의, 원리 및 특성 ...60
• 나. 유동화 영역 ...63
• 다. 최소유동화속도 ...66
• 라. 난류유동층 전이유속 ...70
• 마. 고속유동층 전이유속 ...74
• 4. 공기청정 (Air Purification) ...78
• 5. 정수 (Water purification) ...84
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ...90
• 제1절 국내 기술개발 현황 ...90
• 제2절 국외 기술개발 현황 ...101
• 제3절 국내외 유사기술과의 차별성 ...111
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...113
• 제1절 유동층 화학기상증착 장치의 설계, 제작과 운전 ...113
• 1. 유동층의 원리 ...118
• 가. 최소유동화속도 ...120
• 나. 유동층에서의 기포특성 ...121
• 다. 입자의 유동특성 ...122
• 라. 슬러그(Slug) ...123
• 마. 비말동반(entrainment) 와 비산유출(elutriation) ...124
• 바. 순환 유동층의 개념 ...125
• 2. 벤치스케일 순환유동층 CVD 코팅장치 ...126
• 가. 벤치 스케일 순환유동층 화학기상증착 장치실험 ...129
• (1) 실리카겔 비드(212～500㎛) 코팅실험 ...129
• (2) 글라스비드(1mm) 코팅실험 ...131
• (3) 글라스비드(3㎜)코팅 ...133
• (4) 실리카겔비드(3㎜) 코팅 ...134
• (5) 반응기 온도변수 실험 ...136
• (6) 화산석(3㎜) 코팅 ...137
• 나. 장치의 개선 ...139
• (1) 전구체 주입위치변경 ...139
• (2) 유동화가스 및 산소가스 주입위치변경 ...140
• 3. 산업용 FB CVD 장치의 설계 ...141
• 가. 분산판 설계 ...141
• 나. 사이클론 설계 ...142
• 다. Plenum 설계 ...144
• 4. 산업용 FB CVD 장치제작 ...146
• 가. 산업용 CFB CVD의 반응기 (Riser) ...150
• 나. 발포기 (bubbler) ...154
• 다. 사이클론 ...155
• 라. L-밸브 및 호퍼 ...158
• 마. 필터 및 진공펌프 ...164
• 5. 산업용 FB-CVD 장치의 운전 ...164
• 6. 저압 유동층의 수력학적 특성 ...166
• 제2절 광촉매 나노코팅 입자의 특성화 ...172
• 1. SEM/EDXS ...173
• 2. XRD 분석 ...182
• 3. XPS 분석 ...186
• 4. BET 분석 ...188
• 5. 매질 및 거리에 따른 광원의 세기 ...189
• 제3절 광촉매 나노코팅 입자의 광반응성 ...195
• 1. 기상에서의 광반응성 ...195
• 가. 실험 ...195
• 나. 제조 온도에 따른 광반응성 특성 ...197
• (1) 티타니아가 증착된 1 mm 크기의 alumina beads ...197
• (2) 티타니아가 증착된 3 mm 크기의 silica-gel 비드 ...198
• (3) 티타니아가 증착된 1 mm 크기의 글라스 비드 ...199
• 다. 모재에 따른 광반응성 특성 ...200
• 라. 증착시간에 따른 광반응성 특성 ...201
• 마. 산소농도에 따라 제조된 입자의 광촉매 반응성 ...202
• 바. 연속식 기상 광촉매 반응 장치와 광반응성 ...204
• 2. 액상에서의 광반응 특성 ...206
• 가. 실험 ...207
• 나. 결과 및 고찰 ...210
• (1) 고정액상에서의 광촉매활성 ...210
• (2) 유동층 반응기에서 광촉매활성 ...219
• 3. TiO2 광촉매 살균실험 ...230
• 가. 서론 ...230
• 나. 광촉매 코팅 알루미나 볼에 대한 식중독균 살균실험 ...231
• (1) 실험균주 ...231
• (2) 균주배양액(Composition of medium) ...231
• (3) PBS(Phosphate-Buffered Saline) 제조 ...232
• (4) 균주배양 ...232
• (5) 살균실험방법 및 실험장치 ...232
• (6) 살균실험결과 및 고찰 ...235
• 다. 광촉매 코팅 비드 볼에 대한 대장균(E. Coli) 살균실험 ...241
• (1) 실험균주 ...241
• (2) 균주배양 ...241
• (3) TiO2 광촉매 ...241
• (4) 살균실험방법 및 실험장치 ...242
• (5) 예비살균실험 및 유동층 살균실험 결과 및 고찰 ...244
• (6) 결론 ...246
• 4. 티타니아 증착 입자 적용 공정 개발 ...248
• 가. 기상 유동층 광촉매 반응 장치와 광반응성 ...248
• 나. 액상 유동층 광촉매 반응 장치와 광반응성 ...251
• 다. 공기청정기의 광반응성 ...256
• 제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ...261
• 제1절 연구개발목표 달성도 ...261
• 제2절 대외기여도 ...264
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...265
• 제1절 추가연구의 필요성 ...265
• 제2절 타연구에의 응용 ...265
• 제3절 기업화 추진방안 ...268
• 제6장 참고문헌 ...270