초록 ▼

□ 연구개요
최종 목표 : 태양광 및 진동에너지를 이용하여 폐수처리장(WWTPs) 방류수내 난분해성 유기오염물질(POPs)과 유해한 병원성미생물(HPB)을 동시 처리하는데 있어 친환경적이며 시너지효과를 얻을 수 있는 압전전기-광촉매 함유 탄소섬유(PPC-CF)를 개발하며, 이를 이용한 수처리 중 발생하는 전기를 회수, 재이용하는 전력자립 수처리 시스템 개발
정량적 목표 :
(1) 진동-가시광 조사기반 기존 압전전기 내지 광촉매 대비 POPs 제거 속도가 150% 이상 향상된 압전전기-광촉매 개발
(2) 수처리

□ 연구개요
최종 목표 : 태양광 및 진동에너지를 이용하여 폐수처리장(WWTPs) 방류수내 난분해성 유기오염물질(POPs)과 유해한 병원성미생물(HPB)을 동시 처리하는데 있어 친환경적이며 시너지효과를 얻을 수 있는 압전전기-광촉매 함유 탄소섬유(PPC-CF)를 개발하며, 이를 이용한 수처리 중 발생하는 전기를 회수, 재이용하는 전력자립 수처리 시스템 개발
정량적 목표 :
(1) 진동-가시광 조사기반 기존 압전전기 내지 광촉매 대비 POPs 제거 속도가 150% 이상 향상된 압전전기-광촉매 개발
(2) 수처리 시스템 운영시 전력자립 20% 이상 가능한 PPC-CF 개발

□ 연구 목표대비 연구결과
연구과제 목표 달성을 위해 총 3단계의 목표를 설정하여 연구를 진행할 것이며, 세부 목표 및 수행방법은 다음과 같음
- 1단계 수처리 및 에너지 회수를 위한 압전전기-광촉매 (PPC) 개발
(1) 압전전기-광촉매(PPC) 개발: 넓은 범위 파장 흡광성을 증가시키기 위해 플라즈몬 응답 광촉매(AgCl, Ag2PO4, BiVO4, BiOCl)로 도핑된 압전전기 촉매(ZnO, BiFeO3, ZnSnO3, MoS2)
(2) 제조된 PPC의 효율결정을 위해 광에너지, 저전력 진동기 그리고 광-진동 혼합시스템을 이용한 배치 실험을 통한 POPs, HPB, 그리고 POPs/HPB 제거 및 Potentiostat 이용 전기 회수 효율 측정
(3) 매질 특성별 POPs/HPB 제거기작 파악을 위한 물리화학적 분석(FTIR, XPS, XRD, SEM, TEM 등 분광분석기법). 또한, 최적의 PPC의 전력 수확효율과 함께 band-gap, 안정성, e-/h+쌍 lifetime 평가
- 2단계 수처리 및 에너지 회수를 위한 압전전기-광촉매 담지 탄소 필름 (PPC-CF) 개발
(1) 최적의 PPC를 이용한 PPC-CF 제조: PPC-CF 합성최적화를 위해 CF 조각에 PPC를 다양한 조건(합성조건 및 적용량)으로 화학적으로 성장시킨 후 일정한 마찰 및 진동하에 코팅의 안정성 파악
(2) PPC-CF 이용 인공폐수 이용 배치실험 (POPs/HPB 제거 및 potentiostat 이용 전기 회수 효율 측정).
(3) PPC-CF의 POPs/HPB 제거기작 파악을 위한 물리화학적 분석(FTIR,XPS, XRD, SEM, TEM, TR-PL 등 분광분석기법)
- 3단계 현장 폐수 이용 PPC-CF 포함 연속 흐름 수처리 시스템을 통한 POPs/HPB 제거 및 에너지 회수 최적화
(1) 최적화된 PPC-CF을 이용한 연속흐름 수처리 시스템 구성
(2) 현장 폐수 샘플링 및 수질 특성 분석(분석항목: 수질분석 (CODCr, BOD5, DOC, and UVA254), NOMs 분석 (LC-OCD), 미량 유기화합물 분석(LC-MS/MS), 유해 미생물 분석(CFU 분석))
(3) PPC-CF 이용 인공폐수 및 실제폐수 이용 배치실험 (POPs/HPB 제거 및 전기 회수 효율 측정): PPC-CF 양쪽 가장자리에 구리 그리드(Cu grid)로 연결하고 그 위에 절연체 테이프 이용하여 전기 누출 방지.
(4) 연속흐름 공정에서의 수처리 시스템 변수별(체류속도, 온도 등) 영향 실험

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
본 연구과제는 고효율의 압전전기-광촉매 및 수처리 시스템을 개발하여 광/진동 에너지를 활용한 고도산화의 효율을 높이고, 처리과정에서 발생되는 에너지를 회수하여 이용함으로써 궁극적으로는 전력자립 수처리 시스템을 만들어 고부가가치의 원천소재 및 공정기술 개발 확보코자 함.
❍ 본 연구결과로 개발하고자 하는 수처리 공정은 화학약품 투입없이 안전하고 경제적이며 환경친화적이며 에너지 자립을 통해 온실가스 배출량을 효과적으로 줄일 수 있음.
❍ 환경기술과 연동된 높은 가치의 부산물인 전기를 생산할 수 있는 원천 소재 및 공정기술 확보로 상용화를 위한 고부가가치 기술 개발이 가능함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 10
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 10
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4) 목표 미달 시 원인 분석(해당 시) ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 17
• 끝페이지 ... 21