초록 ▼

연구개발 목표 및 내용
최종 목표
- 재생셀룰로오스 복합나노섬유 하이드로겔 제조 조건 탐색
- 흡착능 부여 위한 화학적 개질 조건 탐색
- 제조된 재생셀룰로오스 복합나노섬유 흡착제의 물리, 화학적 특성 평가 및 흡착 특성 평가
셀룰로오스 복합나노섬유 기반 하이드로겔을 제조하고 화학적 양이온화 표면 개질을 통해 음이온성 중금속 흡착 기능을 가진 목질계 바이오매스 기반 고성능 흡착제 제조를 목표로 함. 그 과정에서 친환경 용액화 공정을 이용함으로써 셀룰로오스의 난분해성을 해결하고, 기능성 소재로서의 가공성을

연구개발 목표 및 내용
최종 목표
- 재생셀룰로오스 복합나노섬유 하이드로겔 제조 조건 탐색
- 흡착능 부여 위한 화학적 개질 조건 탐색
- 제조된 재생셀룰로오스 복합나노섬유 흡착제의 물리, 화학적 특성 평가 및 흡착 특성 평가
셀룰로오스 복합나노섬유 기반 하이드로겔을 제조하고 화학적 양이온화 표면 개질을 통해 음이온성 중금속 흡착 기능을 가진 목질계 바이오매스 기반 고성능 흡착제 제조를 목표로 함. 그 과정에서 친환경 용액화 공정을 이용함으로써 셀룰로오스의 난분해성을 해결하고, 기능성 소재로서의 가공성을 향상함. 또한 기존의 나노셀룰로오스의 특징인 수분 분산성을 개선하여 흡착제로써의 가능성을 제시함. 제조한 하이드로겔은 화학적 개질을 통해 양이온기를 도입하여 음이온성 중금속을 흡착할 수 있게 함. 화학적 개질을 거친 셀룰로오스 복합나노섬유 기반 하이드로겔 흡착제의 물리적, 화학적 특성을 평가하고, 흡착 성능 및 재사용 성능을 평가하는 것을 목표로 함.
전체 내용
(1) 친환경 재생셀룰로오스 복합나노섬유 하이드로겔 제조
- 브롬화리튬 수용액을 이용한 셀룰로오스 기반 하이드로겔 제조
- 브롬화리튬 수용액을 이용한 용액화 공정은 유기용매를 사용할 때보다 독성이 낮아 안정성이 높고 재사용성을 가짐
- 셀룰로오스 농도, 반응 시간, 반응 온도 등 하이드로겔 제조에 적합한 생산 조건 확립
- Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM)을 이용한 재생셀룰로오스 복합나노섬유 하이드로겔의 몰폴로지 관찰
(2) 음이온성 중금속 흡착을 위한 셀룰로오스 복합나노섬유 하이드로겔의 화학적 개질 연구 및 흡착제의 물리적, 화학적 특성 평가
- 음이온성 중금속 흡착 기능 부여를 위한 화학적 표면 개질
- Fourier Transform Infrared (FT-IR) 분광분석기를 이용한 셀룰로오스 복합나노섬유 하이드로겔 내 작용기 분석
- X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) 및 Elemental analysis를 통한 원소분석
- Universal Testing Machine (UTM)을 통한 역학적 성질 분석
- Zeta Potential Analyzer를 통한 표면 전하 분석
- Brunauer, Emmett, Teller (BET) 측정법을 통한 기공 크기분포 및 비표면적 분석
(3) 제조된 재생셀룰로오스 흡착제의 흡착 성능 평가
- 양이온화 재생셀룰로오스 기반 중금속 흡착 소재의 6가 크롬에 대한 흡착 성능 평가
- Isotherm, Kinetics, Thermodynamics 평가를 통한 흡착 특성 평가
- XPS 및 Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (ICP-MS) 데이터를 기반으로 한 흡착 메커니즘 분석
(4) 제조된 재생셀룰로오스 흡착제의 탈착 및 재사용 성능 평가
- 양이온화 재생셀룰로오스 기반 중금속 흡착 소재의 6가 크롬에 대한 탈착 및 재사용 성능 평가

연구개발성과
- 본 연구는 학술 발표 4건, SCI급 논문 게재 1건의 성과를 냄
- 2021년 섬유공학회 춘계학술대회, 한국목재공학회 춘계학술발표대회에서 본 연구 주제로 포스터 발표를 수행하였고, 연구 방향에 관한 조언을 얻을 수 있었음
- 2021년 한국고분자학회 추계학술대회와 섬유공학회 추계학술대회에서 본 연구 주제로 포스터 발표를 수행하였고, 연구 최신 동향을 익힐 수 있었음
- 본 연구를 주제로 한 논문은 2021년 11월 19일 SCI급 저널 (IF: 9.381)인 Carbohydrate polymers에 채택되었고, 2022년 2월 15일에 게재됨

연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
[기술적 측면]
- 국내 재생셀룰로오스 복합나노섬유의 고부가가치화 기술 개발 도모
- 높은 안정성과 친환경성을 가진 나노셀룰로오스 기반 수화겔 생산 기술 확보
- 목질계 바이오매스 기반 고성능의 흡착능을 가진 하이드로겔 제조 기술 확보
[경제ㆍ산업적 측면]
- 기존 전기 방사 섬유가 20,000원/m²인 것에 반해 TEMPO촉매를 사용한 나노셀룰로오스 섬유는 18,000원/m² 정도임. 본 연구의 용액화 공정으로 제조 공정을 대체함으로써 m² 당 5,000원 이상의 원가 절감 실현 가능
[사회적 측면]
- 목질계 고분자를 활용한 친환경 소재에 대한 인식 활성화
- 재생 및 생분해 가능한 친환경 소재 개발의 가능성 재고

(출처 : 요약문 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 ... 3
• 요 약 문 ... 5
• 목차 ... 8
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 9
• 1-1. 연구개발의 개요 ... 9
• 1-2. 연구 개발 대상의 국내ㆍ외 현황 ... 10
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 11
• 2-1. 연구개발과제의 목표 및 수행 과정 ... 11
• 2-2. 연구개발과제의 수행 내용 ... 12
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 25
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 31
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 32
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 32
• 별첨 자료 ... 33
• 끝페이지 ... 34