초록 ▼

ㅇ 연구의 목적 및 내용
본 연구는 필름 형태의 화학 반응기를 개발하는 연구로서, 반응 화합물이 수십 마이크론 두께의 얇은 막을 통과할 때 생성 화합물로 전환되도록 하는 기능을 가진 멤브레인 화학반응기를 개발하였다. 이를 위해 유기 졸겔법을 이용하여 망상 나노다공성 모노리스 소재를 합성하는 방법을 확립하고 나노다공성 모노리스 소재 기반의 신개념 막 반응기를 제조하였다. 주요 연구 내용은 1)망상 나노기공성을 가진 모노리스 고분자 또는 유/무기 하이브리드 소재의 합성과 그 미세 구조 제어에 관한 연구, 2)망상 나노기공 표면의

ㅇ 연구의 목적 및 내용
본 연구는 필름 형태의 화학 반응기를 개발하는 연구로서, 반응 화합물이 수십 마이크론 두께의 얇은 막을 통과할 때 생성 화합물로 전환되도록 하는 기능을 가진 멤브레인 화학반응기를 개발하였다. 이를 위해 유기 졸겔법을 이용하여 망상 나노다공성 모노리스 소재를 합성하는 방법을 확립하고 나노다공성 모노리스 소재 기반의 신개념 막 반응기를 제조하였다. 주요 연구 내용은 1)망상 나노기공성을 가진 모노리스 고분자 또는 유/무기 하이브리드 소재의 합성과 그 미세 구조 제어에 관한 연구, 2)망상 나노기공 표면의 화학적 특성 제어와 유/무기 촉매, 효소 등을 기공 내에 담지 함으로써 화학적 기능을 부여하는 연구, 3)박막 반응기에 적용 가능한 화학 반응 탐구 및 두 가지 이상의 반응을 수행할 수 있는 복합 반응기 개발에 관한 것이다. 반응기를 위한 소재 합성에서는 유기졸겔법과 다른 물질과의 적절한 혼합을 통해 적절한 기공 특성을 가지는 나노기공성 고분자/하이브리드 멤브레인을 제조하였다. 이렇게 만든 멤브레인에 효소 또는 촉매가 고정된 소재를 얻기에 적합한 고정법을 찾고 촉매가 가장 활성화되도록 조건을 최적화하였다. 마지막으로 복합 반응기 시스템은 앞서 연구한 단일 막 반응기로부터 달라지는 변수들을 충분히 고려하여 반응기 제조 및 모델 반응을 수행하였다.

ㅇ 연구결과
유기 졸겔법과 고분자/무기물 전구체 블렌딩을 통해 유기 졸겔법 기반의 나노다공성 모노리스 소재 제조 원천 기술을 확보하였다. 다양한 고분자와 무기물 전구체 조합 및 조성 조절 등을 통해 미세 구조 제어 및 망상 나노기공 표면의 화학적 특성을 제어하는 방법을 찾았다. 나노다공성 모노리스 소재의 특성을 이용하여 물리적인 방법으로 여러 종류의 효소를 기공 내에 고정할 수 있음을 확인하였다. 효소뿐만 아니라 화학적인 방법을 이용하여 금속 나노 입자 촉매 또한 모노리스 멤브레인의 기공 내에 형성하였다. 효소 또는 촉매가 담지된 막을 이용하여 반응 용액의 멤브레인 투과 방식으로 에스테르 형성 반응 및 탄소-탄소 결합 반응을 안정적으로 수행할 수 있었다. 반응 용액의 투과 속도, 반응 온도, 막의 적층 여부 등을 통해 반응 효율을 조절하였다 아울러 두 가지 효소가 고정된 막 반응기를 제조하고 모델 반응 수행을 통해 다중 복합 반응기 시스템을 구현하였다.

ㅇ 연구결과의 활용계획
본 연구를 통해 확보한 멤브레인 화학반응기는 얇은 두께를 통과하면서도 효과적으로 화학적 반응이 일어나게 할 수 있고, 대면적의 필름을 제조하여 반응 용량을 충분히 늘릴 수 있다. 따라서 에너지 소모를 줄이고 친환경적인 미래 화학반응기로서 기존의 회분식 반응기(batch reactor)나 연속 유체 반응기 등을 대체할 수 있고, 나노관을 통과하는 유체의 특수성으로 인해 새로운 물리, 화학적 현상과 신소재의 발견이 기대된다. 또한 바이오, 에너지 분야 등에서 필요로 하는 정밀 화학 물질들을 효율적으로 합성하는 반응기로서 활용할 수 있을 것으로 예상한다.


(출처 : 한글요약문 4p)

Abstract ▼

ㅇ Purpose & contents
The purpose of this research is development of new type of membrane reactor based on nanoporous monolithic materials via so-called organic sol-gel synthesis. Combining organic sol-gel synthesis and polymer blending strategy, several nanoporous polymeric materials will be synt

ㅇ Purpose & contents
The purpose of this research is development of new type of membrane reactor based on nanoporous monolithic materials via so-called organic sol-gel synthesis. Combining organic sol-gel synthesis and polymer blending strategy, several nanoporous polymeric materials will be synthesized with controlled porous architectures. Similar to polymer blending, hybrid nanoporous membrane will be synthesized by mixing with inorganic oxide precursors. The polymeric/hybrid nanoporous membranes will be functionalized by immobilizing enzymes or metallic nanoparticles inside the nanochannels. Then the catalyst-loaded membranes will be utilized for performing several catalytic reactions, as a single layer or multiple layers. The research is mainly about development of a membrane-type chemical reactor, in which reactants are transformed into products by flowing through the nanochannels of the membrane. The main contents can be categorized into 1) synthesis of nanoporous polymeric or hybrid membrane with controlled bicontinuous morphology, 2) fine-tuning of the chemical functionalities in the nanochannel and development of new methods to endow the membrane with catalytic abilities, 3) preparation of advanced membrane reactor system by membrane stacking or combining with separation process.

ㅇ Result
Throughout this research, a new type of membrane reactor will be developed, which is primarily based on the nanoporous monolithic materials coming from so-called organic sol-gel synthesis. Several nanoporous polymeric/hybrid materials with controlled porous architectures and chemical functionalities will be produced. We can also obtain fundamental understanding behind coupling organic sol-gel synthesis and polymer blending strategy. Furthermore, we will introduce a novel and versatile method for immobilizing enzyme/metal catalyst in nanoporous monolithic materials into the field of catalysis.

ㅇ Expected Contribution
We expect a new concept of enzymes or catalysts in robust nanoporous monolithic channels will provide an efficient and scalable methods for performing chemical reactions. The membrane reactor has a great potential for replacement of conventional reactors such as batch reactors or microfluidic reactors. In addition, the materials will provide a useful medium for studying chemistry in confined space in nanoscale.


(출처 : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• 연구계획 요약문 ... 3
• 연구결과 요약문 ... 4
• 한글요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• 연구내용 및 결과 ... 6
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 7
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 10
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 49
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 52
• 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 52
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 53
• 8. 참고문헌 ... 53
• 9. 연구성과 ... 54
• 10. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설‧장비 현황 ... 56
• 11. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 56
• 12. 기타사항 ... 56
• 별첨1. 대 표 연 구 실 적 ... 57
• 별첨2. 세부 목표 관련 증빙 ... 70
• 끝페이지 ... 87