초록 ▼

□ 연구개요
가축 매몰지 침출수 유출, 비점오염원 등의 원인으로 질산성 질소로 오염된 지하수 및 지표수는 현장에서 신속하고 친환경적인 처리가 요구된다. 본 연구에서는 친환경적인 점토광물에 팔라디움(palladium), 전이금속을 결합한 촉매를 제작하고 이를 활용하여 효율적인 질산성 질소를 제거 방안에 대해 연구하였다. 연구는 점토광물에 팔라디움, 전이금속을 결합한 촉매 제작 및 환원 환경 하 열처리를 통한 활성도 향상, 질산성 질소 제거 시 팔라디움 촉매의 질산성 질소 제거율 및 질소가스 선택비율 증진 그리고 팔라디움 촉매의

□ 연구개요
가축 매몰지 침출수 유출, 비점오염원 등의 원인으로 질산성 질소로 오염된 지하수 및 지표수는 현장에서 신속하고 친환경적인 처리가 요구된다. 본 연구에서는 친환경적인 점토광물에 팔라디움(palladium), 전이금속을 결합한 촉매를 제작하고 이를 활용하여 효율적인 질산성 질소를 제거 방안에 대해 연구하였다. 연구는 점토광물에 팔라디움, 전이금속을 결합한 촉매 제작 및 환원 환경 하 열처리를 통한 활성도 향상, 질산성 질소 제거 시 팔라디움 촉매의 질산성 질소 제거율 및 질소가스 선택비율 증진 그리고 팔라디움 촉매의 비활성화 및 활성 회복 메카니즘 규명 및 활성도 지속시간 증가를 포함한다. 촉매의 질산성 질소 분해율, 비활성화, 활성 증진, 그리고 활성 회복 메카니즘은 배치(batch) 및 칼럼(column) 실험 결과와 XPS, TEM, EDS 등을 활용한 다양한 분광학적인 자료를 바탕으로 상관관계를 규명하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
연구는 목표 대비 대체로 만족할 만한 성과를 거두었으며 달성한 연구결과는 아래와 같다. 첫째, Al 가교반응을 거친 Al-MK10은 MK10에 비해 비표면적 및 공극부피가 감소되었고, 이들 담체에 Pd/In을 담지하는 과정에서도 담체의 비표면적 및 공극부피가 감소되었다. 하지만 Al-MK10 Pd/In은 MK10 Pd/In에 비해 Al/Si의 비율, PZC, 질산성질소에 대한 흡착능력, 그리고 촉매 표면으로부터 수 μm 깊이까지 Pd 및 In의 분포비를 증가시켰다. 둘째, Al 가교반응으로 Al-MK10 Pd/In의 상온 대기압 환경 하질산성질소 분해율은 MK10 Pd/In 대비 현저히 향상되었으며, 분해된 질산성질소 대비 부산물로 형성되는 암모니아성질소의 비율은 유사하였다. Al 가교반응의 영향으로 나타난 Al/Si의 비율, Pd/In의 담체 내 분포 특성이 영향을 미친 것으로 판단된다. 두 촉매 모두 분해율이 산성조건의 (pH=3-5) 증류수 환경에서 실험할 때가 중성조건의 (pH=7) 인공지하수 환경에서 실험할 때 보다 높았다. 질산성질소의 분해산물로 생성되는 암모니아성질소는 분해율이 높은 조건에서 많이 생성되었으며, 두 촉매의 생성된 암모니아성질소 대비 분해된 질산성질소의 비율은 유사하였다. 셋째, 질산성질소 초기 농도에 따른 알루미나에 담지한 촉매의 성능을 알아본 결과 pH는 포름산의 환원제 작용으로 인하여 주입 시 보다 높아졌으며, NH₄⁺의 농도는 질산성질소가 분해가 많이 될수록 증가하는 경향을 보였다. 촉매에 의해 분해된 질산성질소는 대부분 N₂, NH₄⁺로 분해되었으며, 중간 분해산물인 NO₂^-는 거의 검출되지 않았고, 유량, 칼럼온도를 변화시켰을 때도 유사한 결과를 보였다. 넷째, 칼럼 온도에 따른 촉매의 성능을 알아본 결과 pH는 포름산의 환원제 작용으로 인하여 주입시 보다 높아졌으며, NH₄⁺의 농도는 질산성질소가 분해가 많이 될수록 증가하는 경향을 보여, 80℃의 조건에서 가장 높게 나타났다. 다섯째, 본 실험에서 제시된 연속된 흐름계에서의 설비 방법을 이용하여 고온으로 온도를 높일 수 있는 촉매로 채워진 배관을 설치한다면 보다 더 효율적으로 질산성질소를 제거 할 수 있을 것으로 판단된다. 하지만, 본 실험에서는 한정된 횟수 내에서의 촉매 재생률을 확인하였기 때문에 추후에는 증가된 재생 횟수에 따른 촉매의 활성도 지속성에 대한 연구 수행이 요구된다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구를 통해 Pd-In을 적정 비율로 지지체인 점토광물에 담지하고, 열처리 환원 반응을 통해 상온 상압에서 물 속의 질산성 질소를 효율적으로 분해하여 질소 가스로 만드는 촉매를 제작하였다. 촉매를 활용하여 미생물학적으로 처리하기 어려운 지표수 및 지하수 속 질산성 질소를 상온 상압 하에서 제거할 수 있는 최적화된 기술을 갖춘 것은 의미가 있으며, 이 촉매는 TNT 등 다른 환경오염물질에도 추가 적용 가능하여 중요한 의미를 갖는다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 3
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 4
• 가. 대상 전이금속, 점토광물 선정 및 특성 연구 ... 4
• 나. 촉매 열처리 장치 구축 및 매뉴얼 작성 ... 5
• 다. 촉매 제작 및 제작 촉매를 활용한 수중 질산성질소 제거 반응 조건 연구 ... 6
• 라. Pd-In을 Al pillared montmorillonite에 담지한 촉매의 질산성질소 환원 특성 ... 6
• 마. 칼럼을 활용한 Pd-In을 alumina에 담지한 촉매의 질산성질소 환원 특성 ... 10
• 바. 촉매의 deactivation ... 12
• 사. 촉매의 regeneration ... 12
• 아. 촉매의 질산성질소 제거 효율 증진 ... 13
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 14
• 4. 참고문헌 ... 14
• 5. 연구성과 ... 15
• 끝페이지 ... 15