초록 ▼

연구개발 결과
- 비표면적이 800 m²/g 이상이고 기공도가 95 %에 상응하는 다공성 실리카 합성
- Polydimethylsiloxane (PDMS) 코팅을 화학기상 증착법으로 구현하고, 이를 다공성 실리카에 적용함. 이를 통하여 다공성 실리카가 물위에 완벽하게 부유하고, 발수코팅된 다공성 실리카가 분포된 표면의 물 접촉각은 170도에 가깝게 나타남.
- 본 연구에서 사용된 발수코팅은 자외선 환경, 산 (pH 1) 염기 (pH 14) 조건 등에서 높은 안정성을 나타냄.
- 발수 코팅 층

연구개발 결과
- 비표면적이 800 m²/g 이상이고 기공도가 95 %에 상응하는 다공성 실리카 합성
- Polydimethylsiloxane (PDMS) 코팅을 화학기상 증착법으로 구현하고, 이를 다공성 실리카에 적용함. 이를 통하여 다공성 실리카가 물위에 완벽하게 부유하고, 발수코팅된 다공성 실리카가 분포된 표면의 물 접촉각은 170도에 가깝게 나타남.
- 본 연구에서 사용된 발수코팅은 자외선 환경, 산 (pH 1) 염기 (pH 14) 조건 등에서 높은 안정성을 나타냄.
- 발수 코팅 층의 표면 분석 (FT-IR)을 함과 동시에 증착 메커니즘을 연구함.
- 발수 코팅된 다공성 실리카를 이용하여 물에서 유류를 선택적으로 겔화시켜 분리함.
- 기공도가 95 % 인 다공성 실리카는 자기 무게의 4배에 해당하는 기름을 겔화시켰으며, 겔화된 유류는 물위에서 1주일간 이차오염을 유발하지 않고 안정한 상태로 존재함.
- 발수코팅을 분말 20 L 정도에 적용할 수 있을 정도로 스케일업 함.
- 발수코팅을 다공성 실리카 이외에 나노실리카, 탄소 나노 소재, 다른 산화물 소재 등에도 적용 가능함을 알아냄.
- 발수코팅된 나노 실리카, 탄소 나노소재등은 자기 무게의 15배에 해당하는 오일을 겔화시킴.
- 발수 코팅된 소재를 이용하여 두 가지 정류의 유류제거 필터를 디자인하여 시연함.
- 발수코팅된 분말을 스프레이형태로 분사할 수 있도록 하여 범용발수코팅제의 형태로 사용할 수 있도록 함.

Abstract ▼

Ⅳ. Results
- Synthesis of porous silica with surface area larger than 800 m2/g and porosity of 95 %
- Chemical vapor deposition of Polydimethylsiloxane (PDMS) on porous silica. Hydrophobically modified silica can be floated on water surface and water contact angle close to 170o was found on t

Ⅳ. Results
- Synthesis of porous silica with surface area larger than 800 m2/g and porosity of 95 %
- Chemical vapor deposition of Polydimethylsiloxane (PDMS) on porous silica. Hydrophobically modified silica can be floated on water surface and water contact angle close to 170o was found on the surface consisting of hydrophobically modified silica.
- Hydrophobic coating was found to be highly stable (under acidic (pH 1) and basic (pH 14) conditions as well as UV exposures)
- Structural analysis of hydrophobic layers (FT-IR) and studies on mechanism of deposition of PDMS layers
- Selective gellation of oil using hydrophobically modified silica from water.
- A weight gain ~ 4 by gellation of hydrophobically modified porous silica was determined. Moreover, gelled oil with hydrophobic cilica was stable on water for longer than 1 week.
- PDMS hydrophobic coating could be applied to 20 L of silica powder using a novel apparatus.
- PDMS hydrophobic coating could be applied to not only silica but also other materials such as carbon nanostructures and other oxides.
- Hydrophobically modified nanosilica showed a weigh gain of ~ 15.
- Two different types of apparatus were developed for remiving oil from water flow based on hydrophobically modified materials.
- Hydrophobically modified powders could be sprayed on the surface, i.e. superhydrophobic spray coating process is developed.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약서 ... 4
• 요 약 문 ... 7
• SUMMARY ... 11
• 목 차 ... 14
• 표 목 차 ... 19
• 그 림 목 차 ... 20
• 제1장 서 론 ... 35
• 제1절 연구개발과제의 개요 ... 37
• 1. 연구개발의 중요성(필요성) ... 37
• 가. 개요 ... 37
• 나. 중요성 ... 37
• 다. 해결하고자 하는 문제 ... 40
• 라. 연구 개발목표 ... 40
• 마. 연구 방법 ... 41
• 바. 보유기술 및 선행연구결과 ... 43
• 2. 연구개발의 국내외 현황 ... 46
• 가. 국내의 기술개발동향 ... 46
• 나. 해외의 기술개발동향 ... 46
• 3. 연구개발 대상 기술의 차별성 ... 48
• 제2절 차세대사업 선행연구 정보 ... 49
• 1. 연구과제 개요 ... 49
• 가. 주관연구기관 ... 49
• 나. 연구책임자 ... 49
• 다. 연구과제명 ... 49
• 라. 기술 분류 ... 49
• 마. 총 연구 기간 ... 49
• 2. 연구목표 ... 49
• 가. 환경오염 유기 물질 (톨루엔등의 휘발성 벤젠 유도체) 제거 ... 49
• 3. 선행연구결과 요약 ... 50
• 가. 원자층 증착 장비 (Atomic Layer Deposition, ALD) 구축 ... 50
• 나. 분말 상에 적용이 가능한 원자층 증착 장비 (Atomic Layer Deposition, ALD) 구축 ... 51
• 다. 흡착 필터 제조 연구 ... 51
• 라. 박막성장 메커니즘 연구 ... 54
• 마. 전이금속나노입자의 증착 ... 54
• 바. NiO 와 탄소 나노구조 (nanodiamond, multiwalled carbon nanotube)를 담체로 이용하여 TiO2 나노 박막을 제조 ... 54
• 사. (광)촉매를 이용한 유기물 분해 (톨루엔, 메틸렌 블루) 반응연구 ... 54
• 아. 실록산(Siloxane) 계열의 고분자 물질을 이용한 초소수성 코팅 기술 개발 ... 55
• 자. 초소수성 코팅을 이용한 유기화합물 제거 ... 55
• 4. 선행 과제 연구 성과 ... 57
• 가. 특허 (국내특허 4건 출원, 등록 두건) ... 57
• 나. SCI 논문 9편 ... 57
• 5. 선행연구와의 차별성 및 연계성 ... 59
• 6. 후속 연구의 필요성 ... 60
• 제2장 연구개발 수행내용 및 결과 ... 63
• 제1절 기름 방제 분야 관련 선행조사 ... 65
• 1. 국내 기름유출 사고 시 방제 시스템 ... 65
• 가. 국가방제체계 및 방제기관 ... 65
• 나. 해상방제 기술 및 방법 ... 68
• 2. 국내 유류 흡착재 및 겔화제 기술동향 ... 82
• 가. 유흡착재의 개요 ... 82
• 나. 유겔화제의 개요 ... 84
• 다. 해양경찰청의 흡착재 및 겔화제 검정기준 ... 86
• 라. 국내 유류 흡착제 및 겔화제 시장동향 ... 100
• 참고문헌 ... 104
• 제2절 Polydimethylsiloxane을 이용한 발수코팅 기술의 사전 연구 결과 ... 105
• 1. 연구 수행 방법 ... 105
• 가. 접촉각 측정 장비 [Theta Optical Tensiometer] ... 105
• 나. X선 회절 분석 장비 [X-ray Diffractometer] ... 106
• 다. X선 광전자 분광기[X-ray Photoelectron Spectrometer] ... 107
• 라. 적외선 분광기[Infrared Spectrometer] ... 108
• 마. 자외선-가시광선 분광기[Ultraviolet-Visible Spectrometer] ... 109
• 바. 기체크로마토그래피 장비 [Gas Chromatograph] ... 110
• 사. 주사전자현미경[Scanning Electron Microscope] ... 111
• 아. 투과전자현미경[Transmission Electron Microscope] ... 112
• 자. 원자간 힘 현미경[Atomic Force Microscope] ... 113
• 차. 표면적, 기공크기 및 기공부피 측정 장비 [Surface area & porosimetry analyzer] ... 114
• 2. Polydimethylsiloxane (PDMS) 와 스테아린산(Stearic acid)을 이용한 발수 코팅법 및 발수 코팅의 일반적 성질 (선행연구 포함) ... 115
• 제3절 다양한 실리카, 탄소 소재들의 유류 제거 효율의 초기 연구 결과 ... 144
• 1. 다양한 소재들의 흡유량에 관한 연구 ... 144
• 2. 다양한 PDMS의 코팅 방법 (수십 g 정도의 분말 시료의 발수코팅) ... 149
• 제4절 발수코팅 기술의 scale-up 과정 ... 168
• 1. kg 단위의 PDMS 발수코팅을 위한 접근 ... 168
• 2. 10 L 수준의 분말 PDMS 코팅 및 다공성 실리카 발수코팅 ... 188
• 제 5절 발수코팅한 나노실리카의 유류제거효율 비교연구 ... 218
• 제 6절 발수코팅한 다공성 실리카의 유류제거효율 연구 ... 236
• 제 7절 발수코팅한 재료를 이용한 컬럼 등의 유류제거 장치 개발 ... 269
• 제8절 발수코팅한 재료의 다양한 응용 ... 296
• 1. PDMS가 코팅된 산화철(Fe2O3)을 이용한 오일제거 실험 ... 296
• 2. 투명 초소수성 투명 표면의 제작 ... 298
• 3. 탄소나노튜브를 이용한 전도성 초발수 투명 표면의 제작 ... 306
• 4. 발수코팅된 나노실리카를 이용한 스프레이 코팅 ... 327
• 5. 발수코팅된 나노실리카와 접착제를 이용한 접착성 스프레이 코팅 ... 334
• 제 9절 활동 내역 ... 344
• 1. 2013 워터코리아 ... 344
• 2. 2013 친환경대전 ... 345
• 3. 2014 워터코리아 ... 346
• 제10절 위탁기관 연구결과 (재료연구소) ... 347
• 1. 고비표면적, 고성능 다공성 실리카 합성 및 표면 개질 기술 개발 ... 347
• 가. 실리카 나노 분말의 합성 기술 개발 ... 347
• 나. 메조-매크로 기공 실리카 분말의 합성 및 유류 흡착 기술 개발 ... 347
• 다. 고비표면적 다공성 실리카 합성 및 유류 (벙커 B유) 확산 방지 ... 348
• 라. 메탈-다공성 실리카 하이브리드 나노입자 및 유류 흡착/제거 기술 ... 349
• 마. 탄소나노튜브 하이브리드 다공성 실리카 나노입자 및 유류 흡착/제거 연구 ... 351
• 바. 하이브리드 다공성 실리카를 이용한 유류 (벙커 B유) 흡착 ... 351
• 사. 벙커유-바닷물 오염 환경에서의 실리카 나노입자 흡유 특성 실험 ... 353
• 아. 고비표면적 나노실리카 및 활성탄 섬유를 이용한 벙커유 제거용 필터 ... 355
• 제 11절 주관기관, 위탁기관 참여기업의 협력 연구 결과 ... 357
• 제3장 목표 달성도 및 관련분야 기여도 ... 361
• 제1절 연구개발목표의 달성도 ... 363
• 1. 성과 창출계획 대비 추진 실적 ... 363
• 가. 성과항목별 추진 실적 ... 363
• 나. 성과목표별 추진 실적 ... 365
• 제2절 관련분야의 기술발전 기여도 ... 366
• 제4장 연구개발결과의 활용계획 등 ... 369
• 제1절 연구성과 활용계획 ... 371
• 1. 경제사회적 성과달성 계획 ... 371
• 가. 사업화 추진계획 ... 371
• 나. 고용창출 계획 ... 371
• 다. 비용절감 계획 ... 371
• 라. 기술이전 계획 ... 372
• 마. 매출추진 계획 ... 372
• 2. 과학기술적 성과달성 계획 ... 372
• 가. 지식재산권 획득 계획 ... 372
• 나. 국내외 전문학술지 게재 계획 ... 373
• 다. 국내외 학술회의(세미나) 발표 계획 ... 373
• 3. 환경적 성과달성 계획 ... 373
• 가. 환경부하 감소효과 ... 373
• 나. 환경질 개선효과 ... 373
• 다. 환경영향(사람 및 자연에 대한 영향 개선효과) ... 373
• 제2절 NTIS에 등록한 연구시설ㆍ장비현황 ... 373
• 제5장 참고문헌 ... 377
• 제1절 국내문헌 ... 379
• 제2절 국외문헌 ... 381
• 제3절 기 타 ... 382
• 끝페이지 ... 385