초록 ▼

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구에서의 목적인 Cu, Ag, 그리고 V와 같은 금속물질을 TiO2 광촉매에 도핑하여 가시광선과 같은 낮은 에너지 사용으로 높은 오염물질 제거 효율을 가지는 새로운 광촉매를 개발하는 것과 폴리우레탄과 같은 벌집구조의 다공성 기질에 TiO2 광촉매를 화학적으로 결합시킴으로써 광촉매 작용 뿐 만 아니라 흡착 작용에 의해서도 오염물질의 정화가 가능한 기술을 개발하는 것이다. 실험을 위해서 오염물질 제거 효율의 파악과 습도, 초기 주입농도와 같은 실험 조건의 조절이 용이한 실험모델을 설계 및 제작하였고,

□ 연구의 목적 및 내용
본 연구에서의 목적인 Cu, Ag, 그리고 V와 같은 금속물질을 TiO2 광촉매에 도핑하여 가시광선과 같은 낮은 에너지 사용으로 높은 오염물질 제거 효율을 가지는 새로운 광촉매를 개발하는 것과 폴리우레탄과 같은 벌집구조의 다공성 기질에 TiO2 광촉매를 화학적으로 결합시킴으로써 광촉매 작용 뿐 만 아니라 흡착 작용에 의해서도 오염물질의 정화가 가능한 기술을 개발하는 것이다. 실험을 위해서 오염물질 제거 효율의 파악과 습도, 초기 주입농도와 같은 실험 조건의 조절이 용이한 실험모델을 설계 및 제작하였고, 합성한 광촉매 물질을 이용하여 가시광선 조사 하에서 실내공기 중의 박테리아나 VOCs 물질 제거 실험을 수행하였다.

□ 연구결과
연구수행 결과, 2가지 금속물질로 동시 도핑한 TiO2 광촉매 물질은 1가지 금속물질로 도핑한 광촉매 보다 광촉매 활성이 높은 것으로 나타났다. 그리고 광촉매 물질을 폴리우레탄 기질에 화학적으로 결합시킴으로써 광촉매의 표면적이 높아졌으며, 이러한 결과로 광촉매 작용 뿐 만 아니라 흡착 작용이 더해져서 광촉매 물질에 의한 오염물질 제거 효율이 상당히 증가하였다. 광촉매 물질을 이용한 박테리아 또는 효모, 그리고 VOCs의 제거 실험을 위해서 실험모델을 제작하였으며, 해당 실험모델을 이용함으로써 광촉매 작용과 흡착 작용에 의한 각각의 오염물질 제거 효율을 파악할 수 있었다. 또한 반응시간, 빛의 강도, 습도, 그리고 초기 주입농도 등과 같은 실험조건의 변화에 따른 오염물질 제거 효율도 파악할 수 있었다. 광촉매 물질을 이용한 대장균, 포도상구균과 같은 박테리아를 대상으로 제거 실험을 수행한 결과 가시광선 조사 하에서도 높은 제거 용량을 갖는 것으로 나타났고, 톨루엔, 벤젠과 같은 VOCs 제거 실험을 수행한 결과에서도 80%이상의 VOCs가 제거되는 것으로 나타났고, 제거된 VOCs의 90%이상이 이산화탄소와 물로 변환되는 것으로 나타났다.

□ 연구결과의 활용계획
본 연구의 결과를 이용하여 TiO2 광촉매 물질을 기반으로 높은 광촉매 작용과 흡착 작용을 가지는 새로운 광촉매를 합성하고자 한다. 또한 해당 광촉매 물질을 실내공기 정화를 위한 공기청정기나 에어컨 필터에 적용하여 저비용, 고효율로 실내공기 오염물질을 제거하고자 한다. 그리고 해당 광촉매 물질을 온실가스인 이산화탄소를 메탄과 같은 가치있는 연료로 전환하기 위해 적용이 가능할 것으로 판단되고, 광촉매 작용에 의한 물 분해를 통해서 신재생에너지인 수소를 생산하기 위해 적용이 가능할 것으로 판단된다.

( 출처 : 요약문 5p )

Abstract ▼

□ Purpose&contents
The study aimed to use metals, such as Cu, Ag and V, as doping agents to enhance photocatalytic activity of TiO2 for high efficiency and low energy consumption photocatalysis. We aimed to use polyurethane, a honeycomb structure materials, to fix the enhance TiO2 to integrate a

□ Purpose&contents
The study aimed to use metals, such as Cu, Ag and V, as doping agents to enhance photocatalytic activity of TiO2 for high efficiency and low energy consumption photocatalysis. We aimed to use polyurethane, a honeycomb structure materials, to fix the enhance TiO2 to integrate adsorption ability to the photocatalyst to increase photocatalytic oxidation efficiency in air purification processes. Then, the synthesized materials were applied for air purification, including removal of bioaerosol and VOCs, under visible light. For the experiments, we developed reliable models allowing determine the photocatalytic efficiency in aerosol while the experimental conditions such as input concentration, temperature, humidity and reaction time can be directly adjusted.

□ Result
The obtained results indicated that co-doping materials utilized all advantages of single dopants to enhance photocatalytic activity of TiO2. The used polyurethane greatly increased the surface area of the doped TiO2. Therefore, the synthesized materials very high exhibited both photocatalytic oxidation and adsorption for air purification. We successfully designed and manufactured models, which were used for air purification tests. By using the designed models, we clarified different contribution of adsorption and photocatalytic oxidation activity of the synthesized material to remove pollutants, including microorganism and VOCs, in aerosol. We also successfully determined the effects of experimental conditions such as reaction time, light intensity, humidity and input concentrations to removal efficiency by using the designed model. We investigated that the photocatalytic oxidation mostly occurred near the surface of the photocatalysts. Therefore, in the photocatalytic oxidation of a VOCs mixture, the photocatalyst preferentially oxidized the higher polarity compound, which occupied or covered more of the photocatalyst surface.

□ Expected Contribution
The research outcome will be utilized to prepare high efficient photocatalytic and adsorption system, based on modification of TiO2 semiconductor materials. The synthesized materials highly exhibited both photocatalytic oxidation and adsorption for removals of pollutants, such as microorganism and VOCs, in aerosol even under visible light. The investigation on metals co-doping, which synergistically enhanced photocatalytic activity of TiO2 to use the material even under visible light condition, could open new era on application of photocatalysis for environmental purification with high efficiency and low energy consumption. By integrating adsorption ability to photocatalytic material, this study overcame these disadvantages of traditional adsorption technique as well as significant improve photocatalytic oxidation efficiency of material. This expanded applications of photocatalytic for air purification field. The model designed for this study can be replicated for further studies. This is a useful instrument to determine pollution removal efficiency in air environment while these experimental conditions such as humidity, input concentration and temperature can be easy adjusted to figure out optimal conditions for the removal.

( 출처 : SUMMARY 6p )

목차 Contents

• 표지 ... 1목차 ... 3연구계획 요약문 ... 4연구결과 요약문 ... 5 한글요약문 ... 5 SUMMARY ... 6연구내용 및 결과 ... 7 1. 연구개발과제의 개요 ... 7 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 31 5. 연구결과의 활용계획 ... 34 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 35 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 36 8. 참고문헌 ... 36 9. 연구성과 ... 39 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 45 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 45 12. 기타사항 ... 47별첨1 대표연구성과 ... 48별첨2 세부 목표 관련 증빙 ... 63끝페이지 ... 78