초록 ▼

개발 목적 및 필요성
국내 대량으로 부존하는 납석은 품질과 매장량 측면에서 세계적으로 우위임에도 불구하고 원료를 고순도화하는 기술과 이를 응용하는 기술이 없어 활용이 제한적이고 저가에 수출되어지고 있는 실정이다. 본 연구에서는 이러한 납석을 고순도화하는 기술을 개발하고 이를 최근 하폐수처리 공법에 사용이 증가하고 있는 내화학성, 내구성, High Flux 특성이 우수한 세라믹 분리막으로 개발하고자 하였다. 이 세라믹 분리막은 다양한 장점에도 불구하고 불구하고 국내에서는 제작하는 업체가 없고 고가의 제품을 수입에 의존하고 있어

개발 목적 및 필요성
국내 대량으로 부존하는 납석은 품질과 매장량 측면에서 세계적으로 우위임에도 불구하고 원료를 고순도화하는 기술과 이를 응용하는 기술이 없어 활용이 제한적이고 저가에 수출되어지고 있는 실정이다. 본 연구에서는 이러한 납석을 고순도화하는 기술을 개발하고 이를 최근 하폐수처리 공법에 사용이 증가하고 있는 내화학성, 내구성, High Flux 특성이 우수한 세라믹 분리막으로 개발하고자 하였다. 이 세라믹 분리막은 다양한 장점에도 불구하고 불구하고 국내에서는 제작하는 업체가 없고 고가의 제품을 수입에 의존하고 있어 본 연구에서 저가의 납석 광물을 활용하여 하폐수처리 성능이 우수한 경쟁력 있는 세라믹 분리막을 개발하고 이를 제조할 수 있는 실증기술을 확보하고자 하였음

연구개발결과
본 연구 과제는 국내산 납석을 고순도화하여 이를 기반으로 한 하수처리용 분리막 제조기술을 개발하는 것으로 납석을 고순도화 할 수 있는 요소기술을 개발하여 고순도화 하였고 이를 이용하여 세라믹 분리막 소재로 개발하여 평관형의 세라믹 분리막을 제작할 수 있는 양산 시스템을 구축하여 제작에 대한 실증 기술을 개발하였으며 제작된 납석 기반 세라믹 분리막을 호기성, 혐기성 하폐수처리 공법으로 실제 국내 하수처리장에 설치, 운전 및 평가를 수행하여 성능을 확인하였음

① 저품위 납석의 고순도화 기술 개발
위탁기관인 조선대학교에서 한국분체의 납석 광물을 고주파와 자력선별을 이용하여 불순물, 즉 Fe₂O₃의 함량이 0.23%이고 순도, 즉 Al₂O₃와 SiO₂의 함량이 98.86%인 고순도의 납석을 제조할 수 있는 기술을 개발을 하였고 이 기술이 적용된 장치를 (주)한국분체 해남공장 내 구축하여 일 4.6ton을 생산할 수 있도록 하였음

② 납석광물의 세라믹 분리막 소재화
재료연구 전문기관인 재료연구소와 납석 광물을 이용하여 세라믹 분리막으로의 특성을 가질 수 있는 소재화 기술을 개발을 하였다. 이 기술은 납석의 사용을 최대화하면서 강도, 기공율 특성을 만족하는 세라믹 분리막 소재를 개발한 것으로 납석이 70wt%, 알루미나가 30wt%이며 기공형성제와 소결조제가 각각 3wt%와 2wt%함유된 조성으로 1300℃에서 2시간 동안 소성하여 기공율이 42.4%, 강도가 41.2MPa인 세라믹 분리막 지지체를 제작하였고 제작된 세라믹 분리막 지지체 위에 알루미나 분리막 코팅 조건을 개발하여 기공 크기가 0.1㎛이고 두께가 10~15㎛인 세라믹 분리막 소재를 개발하였음

③ 납석 세라믹 분리막 제조 기술 확보
세라믹 소재 압출 전문기관인 아이비머티리얼즈에서는 개발된 세라믹 분리막 소재를 이용하여 제품화 할 수 있는 제조 기술을 확보하여 최대 폭220mm, 길이 600mm인 막면적 0.26M²인 평관형 세라믹 분리막을 제작하였고 연간 3,400M²를 생산 할 수 있는 양산 시스템을 구축하였음

④ 납석 세라믹 분리막 평가 및 운전
개발된 세라믹 분리막은 실사용 환경에서 운전 및 평가를 위해 KIST에서 기초 물성에 대한 평가와 더불어 경기도의 A하수 처리장에 호기성, 혐기성 MBR 실증시스템을 설치, 운전하여 개발된 납석 세라믹 분리막이 MBR 공정용으로 사용할 수 있는 운전 조건을 확보하였음

성능사양 및 기술개발 수준
개발된 세라믹 분리막은 강도가 31MPa, 기공율이 42.4%의 세라믹 물성을 갖으며 분리막 공극 0.1um의 MF 수준의 필터임.
순수투과도는 926.8 LMH/bar 선진사 제품의 80% 기술 수준임

활용계획
국내 소재 기반으로 세라믹 분리막을 개발하였기 때문에 손쉽게 원재료가 수급되고 가격경쟁력을 확보할 수 있어 수입에 의존하고 있는 국내시장에서 상당한 파급효과를 기대하며 세라믹 막 상업화
현재 세라믹막 시장은 유기막 시장에 비해 현저히 좁은 시장이지만 저가의 납석광물 소재의 세라믹 막을 도입하여 그 시장을 넓히고 매년 증가하고 있는 막여과 공정을 하∙폐수처리장에 도입하여 세라믹 막을 보급
가장 빠르게 상용화하거나 실제 적용 가능한 RO 전처리 공정에 세라믹 막을 적용하여 이용
혐기성 세라믹 MBR 공정은 내화학성과 내열성에 강한 세라믹 막 특성을 활용할 수 있으므로 향후 폐수처리 및 가출, 분뇨처리공정개발에 적용가능

( 출처: 요약서 5p )

Abstract ▼

Ⅳ. Results
① Development of high-purity pyrophyllite technology
In Chosun University, using the high frequency and magnetic separation method, it is possible to manufacture pyrophyllite with high purity, ie Fe₂O₃ content of 0.23% and purity, ie, Al₂O₃

Ⅳ. Results
① Development of high-purity pyrophyllite technology
In Chosun University, using the high frequency and magnetic separation method, it is possible to manufacture pyrophyllite with high purity, ie Fe₂O₃ content of 0.23% and purity, ie, Al₂O₃ and SiO₂ content of 98.86% And the equipment to which this technology was applied was built in Haenam factory of Korea Powder Co., Ltd. so that it could produce 4.6 tons per day.

② Materialization of ceramic membrane of pyrophyllite mineral
We have developed a materialization technology that can be used as a ceramic membrane using materials research institute and pyrophyllite mineral. This technology has developed a ceramic membrane material that satisfies the characteristics of strength and porosity while maximizing the use of pyrophyllite. 70wt% of pyrophyllite, 30wt% of alumina, and 3wt% and 2wt% of pore forming agent and sintering auxiliary agent respectively.

And then calcined at 1300℃ for 2 hours to prepare a ceramic membrane support having a porosity of 42.4% and a bending strength of 41.2 MPa.

The conditions for coating the alumina membrane with a pore size of 0.1㎛ and a thickness of 10 to 15㎛ on the ceramic membrane were developed.

③ Take manufacturing technology of pyrophyllite ceramic membrane
IB Materials, specialized in the extrusion of ceramic materials. By using the developed ceramic membrane, we could manufacture a flat tubular membrane with a membrane area of 0.26M² with a maximum width of 220mm and a length of 600mm. We have built mass production system capable of producing 3,400M² per year.

④ Evaluation and operation of pyrophyllite ceramic membrane
For the operation and evaluation in the practical use environment, the developed ceramic membrane was evaluated in terms of basic properties at KIST, and the pyrophyllite ceramic membrane developed by the aerobic and anaerobic MBR demonstration system installed in wastewater treatment plant in Gyeonggi-do province was used for MBR process Obtained operating conditions that can be used.

( 출처: SUMMARY 14p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 3
• 요 약 서 ... 5
• 요 약 문 ... 9
• SUMMARY ... 13
• 목차 ... 17
• 표목차 ... 18
• 그림목차 ... 20
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 25
• 1-1. 연구개발 목적 ... 27
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 28
• 1-3. 연구개발 범위 ... 32
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 35
• 2-1. 해외 기술개발 동향 ... 37
• 2-2. 국내 기술개발 동향 ... 40
• 2-3. 연구개발대상 기술의 차별성 ... 43
• 3. 연구수행내용 및 결과 ... 45
• 3-1. 연구개발내용(범위) 및 최종목표 ... 47
• 3-2. 연구개발 결과 및 토의 ... 51
• 3-3. 연구개발 결과 요약 ... 151
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 153
• 4-1. 목표달성도 ... 155
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 157
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 159
• 5-1. 연구개발결과의 활용방안 ... 161
• 5-2. 사업화계획 및 효과 ... 162
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 165
• 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 169
• 8. NTIS에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 173
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 177
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 181
• 11. 기타사항 ... 185
• 12. 참고문헌 ... 189
• 끝페이지 ... 191