초록 ▼

Ⅵ. 연구결과
① 1세세부(5종 VOCs 동시분별감지 single array 센서 개발)
◦ 국내외 동향
- 검출원리에 따라 반도체식, 고체전해질식, 전기화학식, 접촉연소식, 가스센서 등으로 분류 가능하며, 각 센서는 그 물성과 현상에 따라 또 다시 여러 종류로 나뉠 수 있으며 각각의 대표적인 센서 재료와 그에 의해 주로 검출되는 가스를 정리함.
◦ 그래핀 산화물 혼합실험
- 그래핀 옥사이드의 화학적 증착을 통한 센싱 소재 코팅법 도출.
- 그래핀 옥사이드 기반의 환원 정도에 따른 VOCs 선별적 감

Ⅵ. 연구결과
① 1세세부(5종 VOCs 동시분별감지 single array 센서 개발)
◦ 국내외 동향
- 검출원리에 따라 반도체식, 고체전해질식, 전기화학식, 접촉연소식, 가스센서 등으로 분류 가능하며, 각 센서는 그 물성과 현상에 따라 또 다시 여러 종류로 나뉠 수 있으며 각각의 대표적인 센서 재료와 그에 의해 주로 검출되는 가스를 정리함.
◦ 그래핀 산화물 혼합실험
- 그래핀 옥사이드의 화학적 증착을 통한 센싱 소재 코팅법 도출.
- 그래핀 옥사이드 기반의 환원 정도에 따른 VOCs 선별적 감지 센싱 소재
- 백금전극과 함께 그래핀 산화물을 SiO₂/Si 기판 위에 증착하여 스핀 코팅, 드랍 코팅 등의 방법으로 코팅하여 제작한 기판에 대한 분석을 진행.
◦ 전기영동법을 통한 GO 코팅 시료 제작 및 분석
- 보다 적합한 코팅 방식을 찾기 위해 딥 코팅/스핀 코팅 방식이 아닌 전기영동법으로 코팅 방식을 변경.
- 기존 딥 코팅/스핀 코팅한 GO시료와의 비교 분석을 위해 전기영동법으로 제작한 GO코팅 시료에 대한 SEM, XRD, XPS, FT-IR, RAMAN 분석을 실시.
◦ 프로토타입 센서 제작
- 국내 가스센서 업체를 통해 센서 제작을 위한 제반 부품을 구매하여 프로토타입 센서를 제작.
- 5종의 대표적인 VOCs인 톨루엔, 포름알데히드, 자일렌, 스티렌, 벤젠에 대한 가스반응 실험 및 실험을 통한 분별적 감지력이 가장 높은 센싱소재 제조법 도출.
◦ 프로토타입 센서에 대한 분석 및 센서를 이용한 VOCs 검지 능력 테스트
- 제작한 프로토타입 센서에 대한 SEM, XRD, XPS, FT-IR, RAMAN 분석을 실시.
- 제작한 프로토타입 센서를 실험용 챔버내에 장착하여 5종 VOCs에 대한 검지 능력 테스트를 진행.

② 2세세부(초미세먼지 제거를 위한 먼지차폐 및 한지필터/철이온담지 무기흡착제 개발)
◦ 개발기술 별 국내외 동향 분석
- 실내공기 오염물질을 입자상 및 가스상 오염물질로 분류하여 각각의 특성과 인체에 미치는 영향을 조사하였고 이에 대하여 개발되어 있는 기존기술의 현황 문제점을 살펴봄.
◦ 활성탄 함침형 다공성 한지필터 제조
- 전통한지의 원료인 천연 셀룰로오스 기반의 닥섬유를 이용하여 공기정화용 필터로 활용하기위한 제조방법을 개발하였음
- 다공성 확보 등 셀룰로오스 필터의 개질을 위하여 효소가수분해, TEMPO 산화, 동결건조 등 다양한 방법을 시도하였고 그 결과 t-부탄올을 이용한 동결건조방법으로 제조한 필터가 가장 최적인 것으로 나타남
- 미세먼지와 가스상 오염물질인 VOCs를 동시제거하기 위하여 닥섬유와 분말활성탄을 혼합하여 활성탄 함침형 한지필터를 동일한 과정으로 제작하였음
◦ 다공성 활성탄 한지필터의 성능평가
- 효소가수분해, TEMPO 산화, 동결건조를 통하여 제작된 필터와 대조군 필터를 이용하여 통기성 확인을 압력강하실험을 통하여 검토한 결과 t-부탄올로 동결건조 시킨 필터에서 안정적인 압력변화를 나타냄
- 대상 필터를 이용하여 먼제제거 실험 결과, 3시간이 넘는 시간동안 90L/min의 오염먼지의 유입에도 99% 이상의 제거율을 갖는 것으로 확인됨
- 미세먼지와 VOCs의 동시제거 성능평가를 위하여 다공성 한지필터에 먼지 cake을 발생시킨 후에 BTEX 혼합가스를 이용하여 제거실험을 수행함
- 제작된 필터에 BTEX 혼합가스이 선속도를 증가시켜 각 물질의 제거율을 분석한 결과 먼지 cake이 또 하나의 필터매체로 작용하여 제거율도 98% 이상으로 유지되는 것을 확인함
◦ ZSM-5제올라이트 합성을 위한 Tertiary Butyl Alcohol(TBA) 템플릿 연구
- ZSM-5 제올라이트는 수열 조건에서 합성되며, 실리케이트 원료, 알루미늄, 수산화 나트륨과 구조 유도제 등이 ZSM-5 제올라이트의 결정구조를 결정하는 중요 요소임
- 경제적으로 유리한 합성방안으로 TBA의 적용 가능성 검토하였음
- TBA 템플릿을 사용한 ZSM-5와 기존의 템플릿인 TPAOH와 비교분석을 통하여 ZSM-5의 구조적 특성을 분석함
◦ 철 합성원료에 따른 Fe-ZSM-5 제올라이트 비교 및 특성연구
- ZSM-5의 구조 내에 많은 양의 물질들을 담지시키기 위하여 철원료, 몰비(2,3M) 및 제조방법에 따라 철 이온 최대 포화량 값에 대한 최적의 몰비를 구하고, 철 이온 교환능력을 비교함
- 철 킬레이트 화합물인 AIC를 원료로 사용한 Fe-ZSM-5는 ZSM-5의 어떠한 특성의 변화 없이도 많은 적용 가능한 분야에서 최적의 효율성능을 보임
◦ 3상 교류전류 및 전압을 이용한 먼지제거
- 유전영동력(dielectrophoretic force) 및 전기력을 이용하여 표면으로 낙하하는 미세먼지입자가 표면에 쌓이는 것을 방지하여 일정한 구역으로 이동시켜 제거하는 기술의 개발이 주요 연구내용임
- 3상 교류전원 발생기를 통하여 전위차와 입자에 생성되는 쌍극자모멘트 힘에 의해서 낙하하는 먼지가 이동되는 것을 확인하였고 요구되는 최쇠의 전압과 주파수를 도출하기 위하여 다양한 조건에서의 입자의 거동을 실험을 통하여 도출함
- 밀도가 낮고 입경이 작은 경우에 입자를 point mass로 간주하는 Discrete Element Model이 적용된 상용화된 EDEM 시뮬레이터를 미세먼지 거동분석에 적용하여 분석함