초록 ▼

□ 연구개요
다양한 형태의 다공성 물질을 제조하고, 이를 이용한 응용분야를 개발하고자 하였다. 먼저 기체 흡탈착에 대한 연구를 1차년도 주제로 정하여 전반적인 실험을 진행하였으며 그중에서도 특히 이산화탄소 흡착제 개발을 목표로 많은 연구를 진행하였다. 다음으로는 액상에서 어떤 상호작용을 하는지 이해하기 위해 다양한 기능기를 코팅한 뒤 물속의 이온 흡착제거를 목표로 다음 연구를 진행하였다. 연구에 사용한 기능기로는 친수성작용기인 carboxylic acid, epoxide 등을 이용하였다. 시판되는 흡착제는 보통 친수성 정도가

□ 연구개요
다양한 형태의 다공성 물질을 제조하고, 이를 이용한 응용분야를 개발하고자 하였다. 먼저 기체 흡탈착에 대한 연구를 1차년도 주제로 정하여 전반적인 실험을 진행하였으며 그중에서도 특히 이산화탄소 흡착제 개발을 목표로 많은 연구를 진행하였다. 다음으로는 액상에서 어떤 상호작용을 하는지 이해하기 위해 다양한 기능기를 코팅한 뒤 물속의 이온 흡착제거를 목표로 다음 연구를 진행하였다. 연구에 사용한 기능기로는 친수성작용기인 carboxylic acid, epoxide 등을 이용하였다. 시판되는 흡착제는 보통 친수성 정도가 약하여 성능이 좋지 않았지만 표면 개질화 이후 좋은 성능을 보여주었다. 마지막 주제로는 다공성 물질에 니켈 등의 금속 촉매를 담지하여 기상 반응을 진행하고 표면에 탄소가 쌓이지 않는 조건을 찾아내어 성능을 향상시켰다.

□ 연구 목표대비 연구결과
다공성 물질과 기체의 상호 작용에 대해 연구하기 위해 라디칼 반응을 이용해 구형의 형태를 가지는 다공성 고분자를 합성하였다. 합성된 다공성 고분자는 nitrile 작용기를 가지고 있고 이는 후처리 과정을 통해 이산화탄소 흡착에 최적화된 amine 작용기로 변환되었다. 그 결과 이산화탄소 흡착량이 4~5배 증가하였다. 이 고분자는 bromine 작용기를 가지고 있어 amine작용기로 치환할 수 있었고, 그 결과 BET 비표면적은 감소하였지만 이산화탄소 흡착량이 3배 이상 증가한 것으로 나타났다. 액상에서의 화학물질과 다공성 물질 간의 상호작용에 대한 이해를 증진하기 위해 수용액상에서 화학물질과 다공성 물질의 흡착에 대한 연구를 진행하였다. 시판되는 수처리용 물질인 활성탄에 양이온과 상호 작용력이 큰 불소 또는 친수성 작용기인 carboxylic acid, epoxide를 첨가하여 이온 흡착능을 측정하였다. 극성이 큰 산소를 포함한 작용기를 첨가한 후에는 수용액 내부에서 이온들과 크게 상호작용하여 흡착능이 증가한 것으로 나타났다. 다공성 고분자에 흡착된 물질을 유용한 화학물질로 변환하기 위해 이산화탄소의 건식 개질 반응에 대해 연구하였다. 결합력을 증가시키기 위해 마그네슘 산화물을 사용하였고 메탄 흡착에 활성을 보이는 니켈을 고분자와 함께 합성하였다. 그 결과 일반적인 촉매와는 다르게 장시간 반응이 진행되어도 활성금속 표면에 탄소가 쌓이지 않아 기존의 촉매와 다른 특성을 보여주었다. 상위에서 설명한 연구 진행내용 대비 원하는 결과를 얻게 되었으며 각 연구목표 모두가 기존의 연구결과 보다 더 발전된 내용을 보여주었다.

□ 연구개발결과의 중요성
본 연구진의 기존 중견 연구를 통해 개발된 COP-150은 메탄 저장이나 천연가스를 이용한 차량 등 산업 전반 분야에 직접적으로 적용될 수 있다. 메탄과 효과적으로 상호작용하는 작용기들을 다공성 고분자에 도입하여 메탄 용량을 증가시킨 것과 별개로, 흡착된 기체가 탈착되었을 때 원래의 구조 및 형태로 돌아가는 고분자의 기억효과를 발견하였다. 이러한 기억 효과를 통해 COP-150은 메탄 저장에 더 높은 효율을 보일 것이다. 기존 수처리기술로 제거가 어려운 미세오염물을 효과적으로 제거할 수 있는 흡착제 소재개발이 필요한 실정에서 추가적으로 수질 오염을 해결할 대안을 제시할 수 있다. 선택적인 분리/제거가 필요한 특수한 수처리 공정, 약물회수 등 다양한 분야에 싸이오에터가 가교된 불소작용기의 다공성 고분자를 실제로 적용할 수 있다면 극성과 기공을 통한 분자단위의 나노사이즈 흡착기법을 적용하는 새로운 연구 분야를 개척 할 수 있다.

(출처 : 연구결과 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 3
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 1. Gas capture & storage: synthesis and characterization of network structures to study the interaction between functional porous materials with and gas ... 5
• 2. Water treatment: synthesis of porous polymers and investigation of the interaction between porous materials and molecules in liquid media for their application to water treatment ... 5
• 3. Catalysis: synthesis of inorganic nanocomposite materials and study catalysis to investigate the interaction between materials and target molecules and their chemical reactions ... 5
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 5
• 1. Gas capture & storage: synthesis and characterization of network structures to study the interaction between functional porous materials with and gas ... 5
• 2. Water treatment: synthesis of porous polymers and investigation of the interaction between porous materials and molecules in liquid media for their application to water treatment ... 9
• 3. Catalysis: synthesis of inorganic nanocomposite materials and study catalysis to investigate the interaction between materials and target molecules and their chemical reactions ... 12
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 14
• 4. 참고문헌 ... 15
• 5. 연구성과 ... 18
• 대표적 연구실적 ... 34
• 끝페이지 ... 49