보고서 정보
주관연구기관 |
광주과학기술원 Gwangju Institute of Science and Technology |
연구책임자 |
박기홍
|
참여연구자 |
이재석
,
이동근
,
이명화
,
나흥식
,
임흥빈
,
정진혁
,
조국
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2017-05 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO202000007148 |
DB 구축일자 |
2020-09-26
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키워드 |
초미세먼지.초미세먼지 독성 DB.초미세먼지마스크.무필터 정화장치.공기청정기.PM2.5.Toxicity DB.Mask.Filterless dust cleaner.High collection efficiency.
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초록
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다양한 구성요소/발생원을 가진 초미세먼지 발생, 실시간 진단, 위해성 평가, 정화성능평가 플랫폼구축
● 다양한 한국형 초미세먼지 발생-진단 플랫폼 구축 (농작물 연소(1종), 나무연소입자 (1종), 석탄연소(1종), 디젤엔진 배출 입자 (3종), 가솔린엔진 배출입자 (1종), 도로변 먼지(2종), 해양발생입자 (1종), 무기염입자 (2종),블랙카본 (1종) 등 )하고, 한국형 초미세먼지 물리화학적 특성, 프로파일 및 독성 DB 구축에 활용함.
● 다양한 독성지표 (화학적 독성, 세포독성, 유전독성, 산화적 손상, 염증반응
다양한 구성요소/발생원을 가진 초미세먼지 발생, 실시간 진단, 위해성 평가, 정화성능평가 플랫폼구축
● 다양한 한국형 초미세먼지 발생-진단 플랫폼 구축 (농작물 연소(1종), 나무연소입자 (1종), 석탄연소(1종), 디젤엔진 배출 입자 (3종), 가솔린엔진 배출입자 (1종), 도로변 먼지(2종), 해양발생입자 (1종), 무기염입자 (2종),블랙카본 (1종) 등 )하고, 한국형 초미세먼지 물리화학적 특성, 프로파일 및 독성 DB 구축에 활용함.
● 다양한 독성지표 (화학적 독성, 세포독성, 유전독성, 산화적 손상, 염증반응)에 대한 발생원별 초미세먼지의 상대적 독성크기 비교를 통해 한국형 초미세먼지 13종 에 대한 독성 DB 구축함. 초미세먼지 발생원별 독성 DB에 기반을 둔 평균 위해도 산출하여, 사업단 개발 양방향 앱 (미세몽지)에 초미세먼지 위해도 산출 프로그램 추가함.
● 서로 다른 4 지역의 대기 중 초미세먼지의 상세 특성 (물리화학적 성분 및 산화독성) 비교하였고, 계절별 대기 중 초미세먼지의 상세 특성 (물리화학적 성뿐, 산화독성 및 미생물 군집 분포) 비교함.
● 초미세먼지 화학성분 실시간 진단기술 개발하여 사업화함.
● 사업단 개발 정화소재의 정화성능평가 시스템을 구축하여, 정화성능평가에 활용함.
● 사업단 개발 초미세먼지 저감장치(마스크/공기청정기), 소통 스마트앱에 대한 리빙랩을 수행하여, 리빙랩 수행결과를 (시)제품개발에 반영함.
● 쥐 흡입독성 실험을 통한 초미세먼지로 인한 아토피 질환 발생기작 규명 및 줄기세포 치료제 개발.
기능성 신소재 초미세먼지 마스크
● 기능성 고분자 소재의 설계 및 합성
● 합성된 기능성 고분자 각각을 전기방사하여 모노머의 최적 함량비 연구
● 선정한 기능성 고분자 소재의 대량생산
● 대면적 전기방사로 제조한 기능성 고분자 필터의 효율을 평가하여 최적 전기방사 조건 확립
● 기능성 고분자 필터는 IPA 또는 고습도에 노출되어도 초기 성능을 유지할 수 있음
● 제조한 대면적 기능성 고분자 필터의 분진 포집 효율은 97%로 매우 높음
● 전기방사로 대면적 기능성 고분자 필터 (약 20m 길이) 제조
● 한국형 디자인을 적용한 초미세먼지 정화용 기능성 마스크 시제품 제작(1회 약 100개의 마스크 제작, 분진 포집 효율: 97%, 안면부 흡기저항: 0.66 mmH₂O)
● 초미세먼지 정화용 기능성 마스크 시제품의 1-3회차 리빙랩 수행
● 1, 2회차 리빙랩 설문조사 결과를 토대로 시제품 보완
● 3회차 리빙랩에서 시제품의 재사용 가능성 평가를 수행.1-5회까지 재착용하여도 호흡에용이하고분진 포집 효율이 초기 성능의 80% 이상을 유지하였으며, 위생상 문제가 없음을 확인함
● 연구개발한 기능성 고분자 필터 및 초미세먼지 마스크 출원 특허를 활용하여 연구소 기업 설립 추진 중(2017.05.18. 법인등록 완료)
초미세먼지 제거 무필터 정화장치
● PM2.5 초미세먼지를 필터 없이 제거하는 저가형 초미세먼지 정화시스템 개발
● 응축성장형 PM2.5 무필터 초미세먼지 정화유닛
- 가격이 싸고 안전한 물을 이용한 고농도 고유량 조건에서 동작하는 응축성장기 개발
- 조대입자제거기와 결합하여 무필터 초미세먼지 제거기 실현
● 대전형 무필터 초미세먼지 공기청정기
- 초미세먼지의 대전효율 극대화한 대전기 모듈 설계
- 전기집진기를 결합한 대전형 무필터 공기청정기 실현
● 인체에 무해한 물을 응축용매로 고유량, 고농도 조건의 초미세입자 응축성장 검증함
● 응축 성장시킨 초미세입자를 별도의 필터 없이 관성력을 이용하여 제거(조대입자 관성충돌 장치 개발)함
● 이온수를 극대화 하는 전극 설계 및 운전조건 최적화를 통한 대전효율 상승시킨 대전기 모듈 개발 완료
● 무필터 초미세먼지 제거장치 시제품 완성 후 제 3의 인증기관(부산테크노파크)으로부터 집진성능평가 검증 완료
집진성능 유지형 공기청정기
● 단극이온 하전기와 필름형 정전필터가 결합된 휴대용 공기청정기 개발
- 고효율 하전기술 개발 (하전기와 필터간의 최적거리 도출)
- 필터성능지수에 근거한 필름형 정전필터의 엠보싱 방법론 도출
- 필름형 정전필터의 집진메카니즘 규명 (압력손실이 낮은 장점이 있는 반면, 확산, 직접차단, 관성력과 같은 기계적인 집진기작이 작용하지 않고 정전기력에 의한 집진만 이루어짐. 이에 따라 저유량 공기청정기에는 필름형 정전필터가 적용가능하나 대유량 공기청정기 적용에는 한계점이 존재함)
● 대유량 실내 공기청정기 개발
- 상용 부직포 정전필터에 필름형 정전필터에 적용한 엠보싱 기술을 적용하여 새로운 엠보싱 부직포 정전필터 제조기술 확보
- 대유량 처리를 위하여 엠보싱 부직포 정전필터의 절곡(Pleat화)
- 상용 공기청정기에 Flat한 엠보싱 부직포 정전필터와 Pleat 엠보싱 부직포 정전필터를 장착하여 성능비교 → Pleat 엠보싱 부직포 정전필터 적용시 성능이 향상되었음
● 정전필터의 성능저하 메카니즘 규명
- 정전필터가 수증기 또는 가스상 유기물질에 노출될 경우에는 집진효율의 감소가 없으나, 물 또는 액상 유기물질의 형태로 노출될 경우에 급격한 집진효율의 감소가 나타남
- 액상의 물질들이 정전필터에 부착하여 내부의 전하분포를 바꾼다는 가설이 높은 가능성을 가짐.
(출처 : 보고서 요약서 3p)
Abstract
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ㆍ Purpose & Contents
○ Purpose: Development of generation-measurement-control platform, real-time measurement technology, and reduction technology of mask/filter, air purification systems (filter and filter-free) for PM2.5.
○ Contents:
■ Establishment of platforms for generation, real tim
ㆍ Purpose & Contents
○ Purpose: Development of generation-measurement-control platform, real-time measurement technology, and reduction technology of mask/filter, air purification systems (filter and filter-free) for PM2.5.
○ Contents:
■ Establishment of platforms for generation, real time monitoring, toxicity evaluation, and removal efficiency of various PM2.5 components/sources.
■ Preparation of functional polymers for PM2.5 filtration mask.
■ Development of a filter-free removal device of ultrafine particles.
■ Development of air purifier maintaining constant collection performance for ultrafine particles.
ㆍ Results
■ The platform of generation-measuremtn-control-exposure/purification for various PM2.5
■ Construction of database for toxicity and physicochemical properties for various Korean PM2.5 (primary and secondary aerosols).
■ Development of real-time measurement technology for PM2.5
■ Basic data for microbial community and pathogens in ambient PM2.5.
■ Development of new animal model for studying asthma and examination of underlying mechanisms of asthma, an article, entitled “Enhanced responses of DRG neurons to serotonin contributes to pruritogenesis in a rat model of atopic dermatitis", examination of pathophysiological mechanism of atopic pruritus.
■ Evaluation of PM2.5 removal efficiency and pressure drop for mask/filter
■ Mask development for removal of fine particles using nano filter (functional polymers) and Korean mask design (Removal efficiency : 97%, Inhalation : 0.66 mmH₂O, Leakage : 19.1%, maintaining performance over 80% compared with its initial one).
■ Development of filter-free air purification system (filterless ultrafine dust cleaner) using condensational growth of water (development of coarse particle inertial collision device, development of a charging module).
■ Development of air purification system which maintaining high collection efficiency using film type electret filter with high embossing height and unipolar charger (determination of optimum distance between a charger and a filter, clarification of particle collection mechanisms for a film type electret filter,and Clarification of charge decay mechanisms of electret filter).
ㆍ Expected Contribution
■ New evaluation platforms for generation-control-monitoring-exposure and generation-control- monitoring system will contribute to construct the database for toxicity and air purification evaluation data for various PM2.5.
■ New health index will provide more accurate information on PM2.5 health effects and will protect human health.
■ Toxicity database of PM2.5 and target-PM2.5 purification system will help to construct personalized and refined PM2.5 management plan.
■ Current toxicity database of PM2.5 should be the basic data for international collaboration, management, and implementation for PM2.5 policy establishment among Northeast Asia countries.
■ Quantifying the effects of air pollutant on atopic dermatitis and providing the basis research for the development of smart sensor system for indoor air pollution , establishing the cornerstone of adipose derived stem cell therapy for atopic dermatitis, intellectual property rights on the stem cell therapy for atopic diseases, providing a basic information for the development of novel drug molecules in search of the mechanisms of stem cell therapy, Strengthening National Competitiveness of studies involving atopic disease.
■ Obtain the original technology of a functional filter and respirator for PM2.5, and possible to practical use in various applications such as an air filter for an electronic apparatus, automobile, VOCs, and reduce the worry about the ultrafine dust.
■ The filterless ultrafine dust cleaner can be used in the medical field or in the public sector of the government to deal with respiratory problems related to air quality. Especially, when ultra-fine dust is generated at a high concentration in a narrow place, it can be fatal to health.
■ Pleated embossing filter can be applicable to commercial air purifiers and contribute to the improved air quality in indoor environment, new fabrication methods of electret filter was suggested through the charge decay mechanisms of an electret filter.
(출처 : SUMMARY 7p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제 출 문 ... 2
- 보고서 요약서 ... 3
- 국문 요약 ... 5
- SUMMARY ... 7
- CONTENTS ... 8
- 목차 ... 9
- 제1장. 연구개발과제의 개요 ... 10
- 제1절. 연구개발 목적 ... 10
- 제2절. 연구개발의 필요성 ... 11
- 제3절. 연구개발 범위 ... 12
- 제2장. 국내외 기술 개발 현황 ... 15
- 제1절. 국내 수준 ... 15
- 제2절. 국외 수준 ... 16
- 제3절. 신청사업단의 해당 연구분야 핵심기술 보유내용 및 수준 ... 19
- 제4절. 국내외 연구기관 및 연구 현황 ... 20
- 제5절. 국내외 관련분야의 환경변화 ... 23
- 제3장. 연구 수행 내용 및 성과 ... 25
- 제4장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 57
- 제1절. 목표 달성도 ... 57
- 제2절. 관련 분야 기여도 ... 60
- 제5장. 연구개발성과의 활용계획 ... 62
- 제6장. 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 66
- 제7장. 연구개발성과의 보안등급 ... 76
- 제8장. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 77
- 제9장. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 78
- 제10장. 연구개발과제의 대표적 연구 실적 ... 82
- 제11장. 기타 사항 ... 90
- 제12장. 참고 문헌 ... 91
- 끝페이지 ... 100
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