초록 ▼

- 본 연구에서 개발된 촉매산화반응용 고효율 나노복합 다공체(Pt+CuO/ZSM-5)는 기존 귀금속 촉매 활성과 유사(177 oC에서 99% 전환)한 촉매 성능과 황 피독성 및 230시간 열 안정성이 우수하여 기존 RTO 또는 RO 공정에 적용 시 귀금속 촉매와 가격 경쟁력에서 1/4로 저렴하기 때문에 기존 시장 대체 가능
- 저에너지(소모전력 100 W 이하, 처리온도 100 oC 이하), 고효율 플라즈마-촉매 산화반응 새로운 촉매와 중소형 건물 실내외 유해 기체 처리 시스템 개발로 시장진출 경쟁력 확보
- 국내 환경촉

- 본 연구에서 개발된 촉매산화반응용 고효율 나노복합 다공체(Pt+CuO/ZSM-5)는 기존 귀금속 촉매 활성과 유사(177 oC에서 99% 전환)한 촉매 성능과 황 피독성 및 230시간 열 안정성이 우수하여 기존 RTO 또는 RO 공정에 적용 시 귀금속 촉매와 가격 경쟁력에서 1/4로 저렴하기 때문에 기존 시장 대체 가능
- 저에너지(소모전력 100 W 이하, 처리온도 100 oC 이하), 고효율 플라즈마-촉매 산화반응 새로운 촉매와 중소형 건물 실내외 유해 기체 처리 시스템 개발로 시장진출 경쟁력 확보
- 국내 환경촉매시장은 약 800억원이며 일본 시장은 2,000억원 규모이다. 따라서 본 연구에서 개발된 고효율 나노복합 다공체(Pt+CuO/ZSM-5)는 현 귀금속 촉매 가격 대비 1/4로 공급될 수 있기 때문에 경제적 효과가 높을 것으로 판단됨
- 국내 중소형 VOCs 배출엡체인 도장시설에서 배출되는 유해가스를 효과적으로 제거할 수 있고는 저가의 귀금속 및 금속산화물 촉매가 융합된 나노 복합 다공체 제품 개발 기술이 기대됨

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 초록 ... 3
• 목 차 ... 6
• 표목차 ... 10
• 그림목차 ... 11
• 제1장 서론 ... 18
• 제1절 연구개발의 중요성 및 필요성 ... 18
• 제2절 연구개발의 국내외 현황 ... 22
• 제3절. 연구개발대상 기술의 차별성 ... 34
• 제2장 연구개발의 목표 및 내용 ... 35
• 제1절 연구의 최종목표 ... 35
• 제2절 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 ... 36
• 제3절 연도별 추진체계 ... 37
• 제3장 연구개발 결과 및 활용계획 ... 38
• 제1절 연구개발 결과 및 토의 ... 38
• 1. 실험방법 ... 38
• 가. 상용화 담체를 이용한 나노복합 다공체 합성 ... 38
• (1) 금속 산화물 촉매 담지 ... 38
• (2) 귀금속 촉매 담지 ... 39
• (3) Bimetallic 촉매 담지 ... 40
• 나. 새로운 나노복합 다공체 합성 ... 41
• (1) 메조세공 나노복합 다공체 ... 41
• (2) 금속 + 금속산화물 담지 메조세공 나노복합 다공체 ... 45
• 다. 고효율 융합 나노복합 촉매 합성 ... 46
• (1) 강유전 성형체 제조 ... 46
• (2) 플라즈마 활성 고효율 나노복합 촉매 제조 ... 47
• (3) 융합된 메조세공 나노복합 다공체 제조 ... 48
• 라. 나노복합 다공체 VOCs 산화반응 평가 ... 49
• (1) 열 촉매 산화반응 평가 ... 49
• (2) 플라즈마-촉매 산화반응 평가 ... 50
• (3) Scale-up 플라즈마-촉매 시스템 평가 ... 51
• 마. 나노복합 다공체 특성 평가 ... 52
• (1) 나노복합 촉매 크기, 형상, 산화상태 ... 52
• (2) 비표면적, 세공크기, 채널형태 ... 52
• 2. 결과 및 토의 ... 53
• 가. 주관연구기관 연구 수행내용 및 결과 ... 53
• (1) 1차년도 연구 수행내용 및 결과 ... 53
• (가) 상용화 담체를 이용한 나노복합 다공체 성능 및 특성평가 ... 53
• ① 금속 산화물 촉매 담지 영향 ... 53
• ② 귀금속 촉매 담지 영향 ... 66
• ③ Bimetallic 촉매 담지 영향 ... 73
• (나) 새로운 나노복합 다공체 성능 및 특성 평가 ... 75
• ① 메조세공 나노복합 다공체 ... 75
• ㉮ 귀금속 촉매 담지 ... 81
• ㉯ 새로운 구조인 플러그형 메조세공체 ... 83
• ㉰ 금속+금속산화물 담지 메조세공 나노복합 다공체 ... 84
• ㉱ 열안정성이 우수한 메조복합 세공체 ... 85
• ② Micro-mesopore 구조 다공체 ... 87
• (2) 2차년도 연구 수행내용 및 결과 ... 88
• (가) 플라즈마-촉매 산화반응 최적화 조건 평가 ... 88
• ① 다양한 형태의 플라즈마-촉매 반응기 설계 및 평가 ... 88
• ② 반응기 형태에 따른 전압과 주파수 영향 ... 100
• ③ 충진 담체의 다양한 유전상수 영향 평가 ... 104
• ④ VOCs 종류, 유속 및 농도에 다른 효율적 산화반응 평가 ... 105
• (나) 고효율 융합 나노복합 촉매 특성 평가 ... 108
• ① 강유전 나노복합 촉매 영향 ... 108
• ㉮ 귀금속 촉매 담지 영향 ... 108
• ㉯ 금속 산화물 촉매 담지 영향 ... 109
• ㉰ 융합된 메조세공 나노복합 담지 영향 ... 110
• ② 고효율 나노복합 촉매 선정 평가 ... 113
• ㉮ 다양한 형태의 플라즈마-촉매 반응기 평가 ... 113
• ㉯ 다양한 종류의 플라즈마 활성 촉매 평가 ... 114
• (다) 고효율 나노복합 다공체 수명 평가 ... 115
• ① 플라즈마-촉매 시스템 수명 안정성 평가 ... 115
• ② 고효율 나노복합 촉매 황 피독 및 열적 안정성 평가 ... 119
• (라) 플라즈마-촉매 산화반응 시스템 Scale-up 평가 ... 120
• ① 플라즈마-촉매 시스템 VOCs 배출 Scale-up 조사 ... 120
• ② VOCs 처리량 및 처리농도에 따른 Scale-up 성능평가 ... 122
• ㉮ 소용량 플라즈마-촉매 반응기 모듈화 및 산화반응 평가 ... 122
• ㉯ 중용량 플라즈마-촉매 반응기 모듈화 및 산화반응 평가 ... 125
• (3) 결론(주관기관) ... 129
• 나. 위탁연구기관 연구 수행내용 및 결과 ... 132
• (1) 연구의 필요성 및 기술동향 ... 132
• (가) 연구의 필요성 ... 132
• (나) 메조세공물질 합성 기술동향 ... 133
• ① 메조 세공을 가지는 다공체 구조의 합성 ... 134
• ② 실리카 벽의 유기화 ... 134
• (2) 결과 및 토의 ... 137
• (가) 1차년도 연구 수행내용 및 결과 ... 137
• ① 메조세공체 합성 및 특성 제어 ... 137
• ㉮ 마이크로파 및 수열합성법을 이용한 나노 다공체 합성 ... 137
• ㉯ 소수성 제어 평가 ... 140
• ㉠ 마이크로파의 시간 및 파워에 따른 나노세공 물질의 합성 ... 140
• ㉡ 마이크로파에 의한 나노세공에 물질의 소수성 제어 ... 141
• ㉢ 마이크로파의 파워에 따른 나노조립체의 역할 ... 143
• ㉰ 수분/열안정성 제어 및 평가 ... 145
• ② Micro-mesopore 구조체 합성 ... 146
• ③ 새로운 구조의 나노 다공체 합성 ... 150
• ㉮ 플러그형 메조세공체 합성 ... 150
• ㉯ 금속산화물이 포함된 플러그형 메조세공체 합성 ... 155
• ㉰ 금속산화물이 담지된 3차원적 메조세공체 합성 ... 162
• (나) 2차년도 연구 수행내용 및 결과 ... 166
• ① 금속산화물이 담지된 제올라이트 메조세공체 합성 ... 166
• ② 탄소입자를 이용한 메조세공 도입 및 금속산화물의 담지 ... 175
• ㉮ BTO 금속산화물의 메조세공체 ... 176
• ㉯ 망간 금속 산화물의 메조세공체 ... 177
• ㉰ 코발트 금속 산화물의 메조세공체 ... 179
• ㉱ CuO 금속 산화물의 메조세공체 ... 180
• (3) 결론(위탁기관) ... 182
• 제2절 연구개발 결과 및 결론 ... 184
• 제3절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 187
• 제4절 연도별 연구성과(논문․특허 등) ... 189
• 제5절 관련분야의 기술발전 기여도 ... 198
• 제6절 연구개발 결과의 활용계획 ... 199
• 제4장 참고문헌 ... 201