초록 ▼

◎ 연구개발결과
○ 왕겨성분별 통합적 분리기술 개발
*NaOH 기반 알칼리 처리에 의한 왕겨실리카의 용해로 왕겨섬유에 잔류 실리카는 1% 미만
*퀴논류 촉매의 미량 첨가에 의해 리그닌 분해효율 및 실리카 용해성 증대기술개발
○ 왕겨실리카 특성분석 및 활용성평가
*증해액으로부터 왕겨실리카의 석출을 위한 pH 조절기술 개발 및 실리카 비결정질 구조확인
*왕겨실리카의 금속성불순물 제거를 위한 산처리 기술개발
*잔류 Carbon제거를 위한 열처리 기술개발및 적용을 통한 3N급 고순도 실리카제조
○

◎ 연구개발결과
○ 왕겨성분별 통합적 분리기술 개발
*NaOH 기반 알칼리 처리에 의한 왕겨실리카의 용해로 왕겨섬유에 잔류 실리카는 1% 미만
*퀴논류 촉매의 미량 첨가에 의해 리그닌 분해효율 및 실리카 용해성 증대기술개발
○ 왕겨실리카 특성분석 및 활용성평가
*증해액으로부터 왕겨실리카의 석출을 위한 pH 조절기술 개발 및 실리카 비결정질 구조확인
*왕겨실리카의 금속성불순물 제거를 위한 산처리 기술개발
*잔류 Carbon제거를 위한 열처리 기술개발및 적용을 통한 3N급 고순도 실리카제조
○ 왕겨섬유 개질 및 활용기술 개발
*왕겨섬유 개질을 위한 오존처리 조건 및 다단 표백 공정 적용기술개발 및 효과 확인
*왕겨섬유적용에 따른 포장용 골판지의 벌크향상 및 첨가제 활용 강도보완 기술개발
○ 고순도 실리콘 제조를 위한 왕겨실리카 개질기술개발
*고순도 실리카의 마그네슘 환원공정을 통해 3N급 99.98% 고순도 금속 실리콘 제조
*왕겨 유래 실리콘 제조시 실리카의 불순물 및 미반응 실리카의 제거를 통한 다공성 실리콘 제조가능 확인.

Abstract ▼

Recently, social concerns and the importance of ‘green growth’ and ‘renewed energy technology’ have increased, which resulted from the increase in the cost of fossil fuels and climate change. One of the critical technologies for accomplishing ‘green growth’ is the recycle of waste products generated

Recently, social concerns and the importance of ‘green growth’ and ‘renewed energy technology’ have increased, which resulted from the increase in the cost of fossil fuels and climate change. One of the critical technologies for accomplishing ‘green growth’ is the recycle of waste products generated through manufacturing processes. And the globally increasing concern of environment and the more strict regulation about the environment such as forest reservation resulted in the shortage of natural resource, especially wood. But the increasing use of the natural materials such as paper and paper grade increase greatly the demand of alternative to wood pulp, for example non-woody biomass.
In Korea, one of the largest agricultural residue is rice husks, which are generated from the production of rice. Rice is cultivated in more than 75 countries in the world and the worldwide annual rice production amounts to approx. 422 million metric tons, of which about 20% is rice husk. The significant amount of rice hull are continuously come out from many RPCs(Rice Processing Complexes) in KOREA and various applications of the rice hull have been studied and suggested. But, the proper and high value added utilization way of rice hull is still very urgent topic. Since rice hull has very low bulk density, high ash content, abrasive character and poor nutritive value, the use of rice hull has been limited such as chicken litter or animal roughage. If the rice hull is not properly utilized, the treatment of rice hull could make another problem in terms of environment.
In this project, we developed a refinery process for the integrated usage of rice husks. Rice husk fiber and silica were successfully separated by the biorefinery process based on the alkaline treatments. For increasing the efficiency of the rice husk biorefinery process, various conditions were applied and the products after the process were deeply examined. These experiment provided the optimal process conditions such as 25% NaOH solution, 170 ℃ for 2 hours with Anthraquinone.
As the pretreatment for the rice husk biorefinery, the effects of autohydrolysis treatment on the properties of rice hull were investigated. Two temperature condition such as 160 ℃ and 180 ℃ and thee treatment time such as 15 min, 30 min and 45 min were applied for autohydrolysis treatment. The pH of extract after autohydrolysis treatment decreased as the temperature and the treatment time of autohydrolysis were increased. The ash content and lignin content were not decreased by the autohydrolysis treatment. The structure of rice hull after autohydrolysis treatment became more weak, the better efficiency of the fiberization with PFI-Mill was showen for the authohydrolysis treated rice hull with the higher temperature and the longer treatment time.
Two typical alkaline digesting m,ethods, such as soda digestion and Kraft digestion were applied with various conditions to find optimal condition of rice husk biorefinery. The higher effective alkali and higher pulping temperature resulted in the higher efficiency in removal of lignin and ash, which leaded to the higher strength properties of handsheets made of rice husk fiber, but the lower yield of rice husk fiber. The better efficiency in production of rice husk fiber and the stronger handsheets were obtained by the Kraft digeting method.
Purified cellulose was prepared from rice husk to increase the value of rice husk fiber. The various bleaching processes such as ozone bleaching, ClO₂ bleaching and H₂O₂ bleaching were applied to remove residual lignin and impurities. In order to increase the contents of α-cellulose contents, the effects of acid and alkali treatments were evaluated. Although the multi stages of the bleaching processes resulted in less than 0.5 % residual lignin contents. the application of ozone leaded to the decrease in DP(degree in Polymerization) and α-cellulose contents. The alkali treatment after bleaching processes resulted in pure cellulose which showed more than 98% of α-cellulose contents.
The liquor solution obtained by the refinery process of the rice husk included large amounts of silica, which is a commonly used industrial material. The process conditions were optimized to obtain silica with high purity and porosity from the liquor solution. The silica powders were reduced by a magnesiothermic reduction process. The morphology of the reduced silicon was almost identical to that of the rice husk-derived silica. The specific area and pore volume of silicon powders were 176.16m2/g and 0.77 cm3/g and the purity measured by inductively coupled plasma (ICP) analysis was 99.98% which were commonly more 3 nine purity. It is expected that the loose mesoporous structure of the silicon can accommodate the large volume changes that occur in the lithiation/dilithiation process

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 문 ... 5
• SUMMARY ... 13
• CONTENTS ... 15
• 목 차 ... 17
• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 21
• 제 1절 연구개발의 필요성 ... 21
• 1.왕겨의 자원적 가치와 고도활용 필요성 ... 21
• 2.왕겨의 구성성분 및 특징 ... 24
• 3.왕겨의 활용연구개발 현황 및 필요성 ... 28
• 4.왕겨섬유 분리 및 활용기술개발 필요성 ... 29
• 5.왕겨유래 실리카 제조기술개발 필요성 ... 31
• 6.왕겨활용 원천기술의 확보의 중요성 ... 35
• 제 2절 연구개발의 최종목표 및 주요내용 ... 36
• 1.연구개발 최종목표 ... 36
• 2.연구개발 주요내용 ... 37
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 38
• 제 1절 관련 특허동향 ... 38
• 1.왕겨활용특허동향 ... 38
• 가.왕겨활용 특허개요 ... 38
• 나.왕겨 유래 실리카/실리콘 특허 동향 ... 39
• 제 2절 관련 연구동향 ... 43
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 연구결과 ... 44
• 제 1절 왕겨이용 효율화를 위한 전처리기술 및 왕겨성분별 통합적 분리기술 개발 ... 44
• 1.왕겨 처리효율 증가를 위한 왕겨의 전처리 기술개발 ... 44
• 가.자기가수분해 조건에 따른 왕겨의 섬유화 특성 평가 ... 44
• (1)연구배경 및 방법 ... 44
• (2)자기가수분해 조건에 따른 추출액과 섬유분의 특성변화 ... 45
• (3)자기가수분해에 의한 왕겨의 형태적 특성변화 ... 48
• (4)자기가수분해 후 섬유화 특성 분석 ... 49
• 나.스팀팽화 처리 영향평가 및 스팀팽화 후 알칼리 추출에 의한 영향 평가 ... 51
• (1)연구배경 및 방법 ... 51
• (2)팽화처리 전후 왕겨 특성비교 ... 51
• (3)알칼리 추출 특성 평가 ... 52
• 다.알칼리 침지 전처리에 의한 영향평가 ... 53
• (1)연구배경 및 방법 ... 53
• (2)알칼리 침지 영향 평가 ... 53
• (3)알칼리 처리와 물리적 해리를 통한 왕겨섬유 분리 공정 평가 ... 56
• 2.왕겨 성분별 통합적 분리를 위한 증해기술 개발 ... 59
• (1)연구배경 및 방법 ... 59
• (2)투입알칼리 농도와 펄프화법에 따른 영향 평가 ... 59
• (3)증해조건에 따른 왕겨섬유의 활용특성 평가 ... 65
• 3.왕겨 바이오리파이너리 통한 공정조건 및 효율 극대화 공정조건 탐색 ... 70
• 가.분리 수율 극대화를 위한 공정조건 탐색 ... 70
• 나.증해시 촉매제 적용에 따른 왕겨 성분별 분리효율 개선 ... 72
• 다.왕겨섬유의 특성 분석 ... 73
• 제 2절 왕겨섬유의 개질기술 및 왕겨섬유 활용기술 개발 ... 76
• 1.왕겨섬유의 활용성을 고려한 왕겨섬유 분획 및 적용기술개발 ... 76
• 2.왕겨섬유의 적용성 향상을 위한 왕겨섬유의 개질 기술개발 ... 77
• 가.왕겨섬유의 물리적 개질처리 영향평가 ... 77
• (1)왕겨 섬유의 고해특성관찰 ... 77
• (2)물리적 개질처리 왕겨섬유의 종이특성관찰 ... 79
• 나.왕겨섬유의 화학적 개질처리 영향평가 ... 83
• (1)왕겨 섬유의 표백특성관찰 ... 83
• (2)오존처리 왕겨섬유의 첨가에 따른 종이특성 평가 ... 83
• 다.왕겨의 섬유화를 위한 전처리 영향 평가 ... 86
• (1)자기가수분해 전처리공정의 적용가능성 평가 ... 87
• (2)전처리에 의한 왕겨의 증해 에너지 저감효과 관찰 ... 89
• 3.왕겨섬유의 초지공정 적용특성 평가를 위한 연구 ... 92
• 가. 포장용지 원료대체 및 기능성 개선을 위한 왕겨섬유의 적용성 평가 ... 92
• 나.포장용지 생산 시 압착탈수 공정에 미치는 왕겨섬유의 영향 평가 ... 95
• (1)분리된 왕겨섬유의 첨가를 통한 종이의 건조도 영향평가 ... 95
• (2)분리된 왕겨섬유를 첨가한 UKP종이의 압착특성평가 ... 97
• (가)왕겨섬유 첨가 UKP종이의 Press횟수에 의한 종이특성 관찰 ... 98
• (나)왕겨섬유 첨가 UKP종이의 Press압력에 의한 종이특성 관찰 ... 98
• (3)왕겨섬유를 첨가에 의한 골판지 재생 지종(OCC)종이의 압착특성평가 ... 99
• (가)왕겨섬유 첨가 OCC종이의 Press횟수에 의한 종이특성 관찰 ... 100
• (나)왕겨섬유 첨가 UKP종이의 Press압력에 의한 종이특성 관찰 ... 100
• (4)첨가 소재에 따른 OCC종이의 압착특성평가 ... 101
• 4.왕겨유래 셀룰로오스 활용 고순도 셀룰로오스 소재 제조기술개발 ... 103
• 가.왕겨로부터 셀룰로오스의 분리 및 정제 ... 103
• (1)연구배경 및 방법 ... 103
• (2)왕겨섬유의 정제처리 영향평가 ... 107
• (3)왕겨섬유의 셀룰로오스 특성 변화 ... 109
• 제 3절 왕겨실리카의 석출 및 정제기술 개발 ... 111
• 1.왕겨 처리 공정을 통해 분리된 증해액의 특성 평가 ... 111
• 2.추출액으로부터 왕겨 실리카의 추출 및 특성 ... 112
• 가.왕겨 실리카의 추출 ... 112
• 나.추출된 왕겨 실리카(RHS)의 특성 ... 114
• 3.왕겨실리카의 순도 향상기술 개발 ... 117
• 4.왕겨실리카 특성개선을 위한 열처리기술개발 ... 118
• 5.왕겨 유래 실리콘 특성평가 및 실리콘 특성 조절을 위한 최적의 공정조건 도출 ... 123
• 가.왕겨 유래 실리콘 합성 공정 ... 123
• 나.왕겨 유래 실리콘 특성 분석 ... 126
• (1)왕겨 유래 실리콘 순도 분석 ... 126
• (2)왕겨 유래 실리콘 형태 분석 ... 127
• (3)왕겨 유래 실리콘의 다공성도 분석 ... 128
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 130
• 제 1절 1차년도 연구개발 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 130
• 1.1차년도 연구개발 목표 및 달성도 ... 130
• 2.1차년도 관련분야 기여도 ... 132
• 제 2절 2차년도 연구개발 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 133
• 1.2차년도 연구개발 목표 및 달성도 ... 133
• 2.2차년도 관련분야 기여도 ... 134
• 제 3절 연구목표 이외의 추가적 연구결과 및 성과 ... 135
• 제 5 장 연구개발 성과 및 성과활용 계획 ... 136
• 제 1절 실용화·산업화 계획 ... 136
• 1.왕겨섬유 및 실리카 제조 실용화·산업화 계획 ... 136
• 2.왕겨섬유기반 실용화·산업화 계획 ... 136
• 3.왕겨 유래 실리카·실리콘 산업화 계획 ... 137
• 제 2절 교육·지도·홍보 등 기술확산 계획 ... 138
• 제 3절 특허,품종,논문 등 지식재산권 확보계획 등 ... 139
• 1.특허 및 지식재산권 확보성과 및 계획 ... 139
• 2.논문성과 및 계획 ... 139
• 제 4절 추가연구,타연구에 활용 계획 ... 140
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 141
• 제 1절 왕겨 회분 활용 관련 연구 ... 141
• 1.해외 관련연구 요약 ... 141
• 2.수집 해외 자료 목록 ... 144
• 제 2절 왕겨 유기물 활용 관련 연구 ... 145
• 1.해외 관련연구 요약 ... 145
• 2.수집 해외 자료 목록 ... 150
• 제 3절 왕겨활용 관련 기타연구 ... 152
• 1.해외 관련연구 요약 ... 152
• 2.수집 해외 자료 목록 ... 154
• 제 4절 왕겨특성 및 실리카 흡수기작 관련 ... 154
• 1.해외 관련연구 요약 ... 154
• 제 7 장 참고문헌 ... 157
• 끝페이지 ... 161