초록 ▼

본 연구는 기능성 나노포러스 물질을 개발하여 non-$CO_2$ 온실가스 제어에 적용 가능한 기술을 확보하는 것이 최종목표이다. 이를 위해 촉매의 지지체가 되는 메조포러스 실리카를 합성하였고, 이로부터 촉매와 나노포러스 탄소 흡착제를 제조할 수 있는 원천기술을 개발하였다.
본 연구를 통해 개발한 포러스 물질은 X-MS(X 전이금속을 담지한 메조포러스 실리카 촉매), MC(메조포러스 탄소 흡착제), MCK(기존 메조포러스 탄소 흡착제 제고공정을 개선하여 개발한 탄소 흡착제)이다. 표면특성분석을 위해 XRD(X

본 연구는 기능성 나노포러스 물질을 개발하여 non-$CO_2$ 온실가스 제어에 적용 가능한 기술을 확보하는 것이 최종목표이다. 이를 위해 촉매의 지지체가 되는 메조포러스 실리카를 합성하였고, 이로부터 촉매와 나노포러스 탄소 흡착제를 제조할 수 있는 원천기술을 개발하였다.
본 연구를 통해 개발한 포러스 물질은 X-MS(X 전이금속을 담지한 메조포러스 실리카 촉매), MC(메조포러스 탄소 흡착제), MCK(기존 메조포러스 탄소 흡착제 제고공정을 개선하여 개발한 탄소 흡착제)이다. 표면특성분석을 위해 XRD(X-선 회절분석), XRF(X-선 형광분석법), $N_2$ 흡탈착분석, SEM(주사 전자현미경), TEM(투과 전자현미경), 열분석(TGA, DTA, DSC), XPS(X-선 분광분석) 등을 실시하였고, 분석결과 촉매지지체인 메조포러스 실리카는 비표면적이 약 1,000 $m^2/g$의 기공크기가 일정하고, 미세공에 호리병모양의 구조를 가지는 것으로 확인하였으며, 금속 촉매의 담지도 잘 이루어졌음을 확인하였다. 나노포러스 탄소흡착제의 경우 2,000 $m^2/g$ 전후의 비표면적을 가지고, 균일한 기공크기와 배열을 유지하고 있는 것으로 확인하였다. 촉매의 $N_2O$ 분해 성능은 350${^{\circ}C}$에서 80%이상의 제거율을 보여 단일 금속촉매를 사용한 타 연구에 비해 더 뛰어난 성능을 보여주었으며, 흡착제에 의한 $CH_4, CF_4, SF_6$ 흡착 결과 우수한 흡착능을 보였다. 특히 기존의 연구에서 $CH_4$ 이외의 non-$CO_2$ 온실가스의 흡착에 대한 연구가 전무하기 때문에 본 연구는 온실가스를 흡착에 의한 제어로 접근했다는데 있어서도 중요한 의미가 있다.

Abstract ▼

The final goal of this project is to develop a nano-porous material and thus to obtain the technology which can be used in controlling non-CO2 green house gas. For this, the meso-porous silica, a frame of the catalyst, was synthesized, and then the catalyst as well as the nano-porous carbon adsorben

The final goal of this project is to develop a nano-porous material and thus to obtain the technology which can be used in controlling non-CO2 green house gas. For this, the meso-porous silica, a frame of the catalyst, was synthesized, and then the catalyst as well as the nano-porous carbon adsorbent was successfully manufactured.
Several porous materials developed in this project are X-MS (Meso-porous Silica catalyst intercalated with X transition metal), MC(Meso-porous Carbon adsorbent), and MCK(newly developed Meso-porous Carbon). Various analytical instruments were used to characterize the surface properties; XRD, XRF, $N_2$ adsorption/desorption analysis, SEM, TEM, TGA, XPS, etc. Analytical results showed that the meso-porous silica, a frame of the catalyst, carried the surface area as high as 1000 $m^2/g$ with consistent size of the pore. The structure of the pore was a shape of gourd bottle. The intercalation of various metals in the catalyst was confirmed. The surface area of the nano-porous carbon adsorbent were about 2000 $m^2/g$. Consistent pore size and its array were also confirmed. Decomposition of $N_2O$ by the catalyst was over 80% at 350${^{\circ}C}$ and the removal percentage was even higher when the catalyst was intercalated with various metals. The adsorbent developed in this study showed high adsorption capacity in adsorbing $CH_4, CF_4, SF_6$. The adsorption characteristics of various non-$CO_2$ green house gases other than $CH_4$ were not reported. The importance of this study is that efforts were made to manage above gases with the adsorption process.

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 보고서 초록 ... 3
• 기능성 나노포러스 물질을 이용한 non-CO2 온실가스 제어기술 개발 ... 5
• Development of reduction technology on non-CO2 greenhouse gas by using multi-functional nanoporous materials ... 7
• 목차 ... 9
• 표 차례 ... 11
• 그림 차례 ... 13
• 제1장 서론 ... 17
• 제1절 연구개발의 중요성 및 필요성 ... 17
• 1. 연구의 배경 ... 17
• 2. 연구의 필요성 및 중요성 ... 21
• 제2절 연구개발의 국내외 현황 ... 24
• 1. 관련기술에 대한 문헌조사 ... 24
• 2. 국외 기술 현황 ... 36
• 3. 국내 기술 현황 ... 37
• 제3절 연구개발대상 기술의 차별성 ... 38
• 제2장 연구개발의 목표 및 내용 ... 41
• 제1절 연구의 최종목표 ... 41
• 제2절 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 ... 42
• 1. 연도별 연구개발의 목표 ... 42
• 2. 연도별 평가방법 ... 43
• 제3절 연도별 추진체계 ... 44
• 1. 연구추진 방법 ... 44
• 2. 연도별 추진체계 ... 45
• 제3장 연구개발 결과 및 활용계획 ... 47
• 제1절 연구개발 결과 ... 47
• 1. 메조포러스 실리카 촉매의 개발 ... 47
• 2. 나노포러스 탄소흡착제의 개발 ... 67
• 3. Non-CO2 온실가스 제어 ... 96
• 제2절 연구개발 결과 요약 ... 137
• 1. MS의 표면특성분석결과 ... 137
• 2. MC 및 MCK의 표면특성분석결과 ... 138
• 3. 촉매에 의한 N2O 제거 실험결과 ... 139
• 4. 흡착에 의한 Non-CO2 제거 실험결과 ... 140
• 제3절 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 142
• 제4절 연도별 연구성과(논문·특허 등) ... 144
• 1. 논문게재 성과 ... 144
• 2. 학술회의발표 성과 ... 144
• 3. 특허 성과 ... 145
• 4. 전문인력양성 및 취업지원 ... 145
• 제5절 관련분야의 기술발전 기여도 ... 145
• 제6절 연구개발 결과의 활용계획 ... 146
• 1. 기술적 측면 ... 146
• 2. 환경적 측면 ... 146
• 3. 경제적·산업적 측면 ... 147
• 4. 일자리창출 측면 ... 147
• 제4장 참고문헌 ... 149
• 부록 ... 151
• 1. 메조포러스 실리카 촉매 ... 151
• 2. 나노포러스 탄소 흡착제 ... 154
• 3. 온실가스 제거 실험데이타 ... 158
• 4. 공개세미나 개최결과 ... 168