초록 ▼

본 과제의 최종 목표는 티탄염을 응집제로 사용한 응집공정의 슬러지에서 균일한 산화티탄을 대량으로 얻는 기술을 확보하는 것이다. 실용화 단계에서는 이러한 산화티탄을 활용하여 NOx제거용 SCR 촉매 지지체 소재 및 경제적인 고효율 광촉매 필터의 제조 기술을 개발하는 것이다. 이러한 목표를 달성하기 위해 우선 여러 산업폐수 중 염색폐수를 대상으로 하여 Lab 실험으로 응집 테스트와 건조 및 소성 실험을 진행하여 최적의 조건을 확립하였다. 이 기본적인 자료를 토대로 주관기관에서 설계, 제작한 파일롯 설비를 이용하여 Pilot 실험을 실시

본 과제의 최종 목표는 티탄염을 응집제로 사용한 응집공정의 슬러지에서 균일한 산화티탄을 대량으로 얻는 기술을 확보하는 것이다. 실용화 단계에서는 이러한 산화티탄을 활용하여 NOx제거용 SCR 촉매 지지체 소재 및 경제적인 고효율 광촉매 필터의 제조 기술을 개발하는 것이다. 이러한 목표를 달성하기 위해 우선 여러 산업폐수 중 염색폐수를 대상으로 하여 Lab 실험으로 응집 테스트와 건조 및 소성 실험을 진행하여 최적의 조건을 확립하였다. 이 기본적인 자료를 토대로 주관기관에서 설계, 제작한 파일롯 설비를 이용하여 Pilot 실험을 실시하여 광촉매 활성이 우수한 산화티탄을 대량으로 생산하였다. 다음으로 다양한 개질방법을 통하여 나노 화이버 산화티탄, 메조포러스형 산화티탄, 메조세공을 갖는 산화티탄 함유 제올라이트, 다공성 산화티탄, SCR용 산화티탄의 제조법을 확립하였다. 최종적으로 제조한 산화티탄을 적용하여 광촉매 필터와 SCR 지지체의 시편으로 가능성을 살핀 후 시제품을 제조하여 현장 성능을 평가하였다. Lab 실험에 사용한 염색폐수는 대구염색공단, 포천염색공단, 동두천염색공단에서 취수하였으며, jar-test를 실시하여 응집실험을 한 결과, 모두 기존 응집제에 비해 빠른 침강 속도와 큰 응집효율을 보였으며, 탁월한 폐수처리능력을 보였다. 각 최적의 응집 조건으로 슬러지를 얻은 후 건조 오븐에서 110℃, 회분식 소성로에서 600 ℃로 처리하여, 세 폐수에서 아나타제 산화티탄과 상용촉매인 P-25와 동등한 수준의 광촉매 활성을 지닌 산화티탄을 얻을 수 있었다. Pilot 실험도 Lab 실험과 동일하게 염색폐수를 사용하여 같은 방법으로 진행하였으며, 주관 기관에서 제작한 응집설비(48 ton/day)와 건조/소성설비를 이용하였다. 최적의 응집점과 건조/소성 처리조건을 모색하여 얻은 산화티탄은 대구 염색폐수의 경우 P-25 대비 75% 정도의 광촉매 활성을 나타냈다. 개질 방법으로 제조한 나노화이버 산화티탄은 표면적이 8배 가까이 증가하였고 비약적으로 광촉매 활성가 향상되었다. 메조포러스형 산화티탄은 형성된 메조세공으로 인해 유기물 분해에 효과가 있음을 확인하였다. 메조 세공 산화티탄 함유 제올라이트는 티타니아 내부에 제올라이트의 세공이 잘 발달되었으며 흡착 성능의 향상으로 메틸렌 블루의 제거 속도가 빨라졌다. 산화티탄 표면에 다공성 물질을 피복한 다공성 산화티탄은 6배 정도의 비표면적이 증가하였으며 초기 40분간 아세트알데히드 분해 속도가 P-25에 비해 빨랐다. SCR용 산화티탄은 아나타제의 결정구조이며, 산화티탄의 높은 순도, 표면적은 80 $m^2$/g, 입도는 1.5 μm로 국내 N사의 SCR용 산화티탄과 비슷한 수준을 보였다. 위의 개질 방법으로 제조한 산화티탄을 이용하여 광촉매 필터와 SCR 지지체를 제조하였는데 시편을 먼저 만든 후 성형성과 성능을 확인 후, 시제품을 제조하였다. 광촉매 필터의 현장 적용 평가 결과, 나노화이버 산화티탄 코팅 필터는 75% 살균성능을 다공성 산화티탄 코팅 필터는 완전 살균효과를 확인할 수 있었다. SCR지지체 현장 평가에서는 330 ℃에서 90%, 440 ℃에서 95%의 탈질효율을 얻을 수 있었다.

Abstract ▼

In this project, the overall objective is to produce massive $TiO_2$ from Ti-salt flocculated sludge. At the commercial stage of the project, SCR catalyst for NOx removal and cost-effective and high performance photocatalyst filter are to be developed. In order to achieve the aims, optimu

In this project, the overall objective is to produce massive $TiO_2$ from Ti-salt flocculated sludge. At the commercial stage of the project, SCR catalyst for NOx removal and cost-effective and high performance photocatalyst filter are to be developed. In order to achieve the aims, optimum operating parameters of flocculation, dry and calcinations with a lab-scale basis were initially obtained with dye wastewater. Based on the results, a pilot-scale plant was operated and massive photocatalytic $TiO_2$ was produced. $TiO_2$ produced in this manner was modified to generate titanate nano fiber, mesoporus $TiO_2$, TiO2-zeolite containing meso pores, $TiO_2$ aerosol and $TiO_2$ for SCR. The modified $TiO_2$ samples were applied to photocatalytic filter and SCR support to validate the feasibility. The Ti-salt flocculation performance was carried out using Daegu dye wastewater, Pocheon dye wastewater and Dongdoocheon dye wastewater. The results showed that Ti-salt flocculant compared to Fe- and Al-salt flocculants indicated lager floc size, rapid floc settling and better contaminant removal. The Ti-salt flocculated sludge was dried at 110 ℃ and calcined at 600 ℃. $TiO_2$ produced from Ti-salt flocculated sludge with three dye wastewaters showed anatase phase with the similar photocatalytic activity of commercially available P-25. The pilot- (48 ton/d) and lab-scale flocculation experiments were conducted with the same dye wastewater and sludge was handled with pilot-scale dryer and calcinations plants. $TiO_2$ collected with optimum conditions with Daegu dye wastewater showed 75% of photo-activity compared to that of P-25. The modified titanate nano fiber included 8 times higher surface area and the photo-activity was increased. Meso-porous $TiO_2$ significantly removed organic pollutants due to meso pores. $TiO_2$-zeolite with meso pores showed well-developed zeolite inside $TiO_2$ and its adsorption capacity was significantly improved by removing methylene blue. $TiO_2$-aerogel composites with a three-dimensional structure increased its surface area by up to 6times and the initial removal of acetaldehyde was faster than that of P-25. $TiO_2$ for SCR consisted of anatase phase, high purity, high surface (80 $m^2$/g), particle size (1.5 μm) and showed similar characteristics of N-company. Photocatalytic filter and SCR support using the modified $TiO_2$ was fabricated. In regard to the photocatalytic filter, nano fiber $TiO_2$ coating filter showed 75% of disinfection efficiency, whereas the $TiO_2$-aerosol coating filter performed complete disinfection. SCR support resulted in 90% NOx removal at 300 ℃ and 95% NOx removal at 440 ℃.

목차 Contents

• 제 출 문 ... 1
• 보고서 초록 ... 2
• 국문 요약문 ... 5
• 영문 요약문 ... 6
• 목 차 ... 7
• 표 목 차 ... 9
• 그림 목차 ... 10
• 제1장 서론 ... 13
• 제1절. 연구개발의 중요성 및 필요성 ... 13
• 제2절. 연구개발의 국내외 현황 ... 17
• 1. 해외 기술개발 동향·시장 ... 17
• 2. 국내 기술개발 동향·시장 ... 22
• 제3절. 연구개발대상 기술의 차별성 ... 25
• 제2장 연구개발의 목표 및 내용 ... 26
• 제1절 연구의 최종 목표 ... 26
• 1. 연구 개발의 목표 ... 26
• 2. 연구 개발의 내용 ... 27
• 제2절. 연도별 연구개발의 목표 및 평가방법 ... 28
• 제3절. 연도별 추진체계 ... 29
• 제3장 연구개발 결과 및 활용계획 ... 30
• 제1절. 연구개발 결과 및 토의 ... 30
• 1. 계획수립 및 자료조사 ... 30
• 2. 실험 방법 ... 39
• 3. 슬러지의 처리조건 최적화 ... 48
• 4. 실험로 설계 및 제작 ... 65
• 5. 파일롯 플랜트 가동 ... 73
• 6. 슬러지에서 생성된 산화티탄의 개질 ... 79
• 7. 광촉매 필터 제작 및 성능평가 ... 100
• 8. SCR 지지체 제작 및 성능평가 ... 110
• 9. 경제성 평가 ... 120
• 제2절. 연구개발 결과 요약 ... 125
• 제3절. 연도별 연구개발목표의 달성도 ... 126
• 제4절. 연도별 연구성과(논문·특허 등) ... 127
• 1. 1차년도 ... 127
• 2. 2차년도 ... 129
• 3. 3차년도 ... 132
• 제5절. 관련분야의 기술발전 기여도 ... 135
• 제6절. 연구개발 결과의 활용계획 ... 136
• 제7절. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 137
• 제4장 참고문헌 ... 138
• 부 록 ... 139