초록 ▼

□ 연구개요
휘발성 유기화합물 (Volatile Organic Compounds, VOCs)은 자동차 배기가스 및 다양한 산업분야에서 사용되는 각종 유기용제 및 페인트에서 발생할 뿐 아니라 실내의 사무용품 및 가구에서도 발생하는 대기 오염물질임. VOCs는 인체에 미치는 위해도가 크고 광화학스모그 생성의 전구체로 작용하기 때문에 대기로 방출되기 전에 적절히 처리되어야 함. 본 연구에서는 VOCs를 처리하기 위해 효율적인 촉매를 개발하고 평가하는 것에 중점을 두었음. 특히 여러 가지 금속산화물과 제올라이트를 활용하여우수한 촉매의

□ 연구개요
휘발성 유기화합물 (Volatile Organic Compounds, VOCs)은 자동차 배기가스 및 다양한 산업분야에서 사용되는 각종 유기용제 및 페인트에서 발생할 뿐 아니라 실내의 사무용품 및 가구에서도 발생하는 대기 오염물질임. VOCs는 인체에 미치는 위해도가 크고 광화학스모그 생성의 전구체로 작용하기 때문에 대기로 방출되기 전에 적절히 처리되어야 함. 본 연구에서는 VOCs를 처리하기 위해 효율적인 촉매를 개발하고 평가하는 것에 중점을 두었음. 특히 여러 가지 금속산화물과 제올라이트를 활용하여우수한 촉매의 활성을 유지할 수 있는 촉매의 합성법을 제안하고, 촉매를 이용한 VOCs의 제거 메커니즘을 규명하고자 하였음.

□ 연구 목표대비 연구결과
1) 금속산화물 담지 제올라이트의 합성 및 이를 이용한 VOCs 제거 성능 평가
- VOCs 산화를 위한 활성금속으로서 구리와 망간이 혼합된 2계 산화물을 선정하였고, 금속산화물의 지지체로서 촉매분야에서 활용도가 높은 ZSM-5 제올라이트를 선정하였음. 또한 습식합성법을 사용하여 구리와 망간산화물이 담지된 ZSM-5 제올라이트 촉매를 합성하였음. 합성된 촉매를 분석한 결과 금속산화물 입자는 ZSM-5 입자 내부에 균일하게 분포하고 있는 것을 확인하였음.
- 촉매의 성능을 평가하기 위해 석영관과 전기로로 구성된 수직형 고정층반응기를 제작하였고, 반응기체로서 산업현장에서 발생하는 대표적인 VOCs인 벤젠을 이용하여 촉매성능평가를 진행하였음. 다양한 조건에서 합성된 촉매 중 구리와 망간 산화물이 ZSM-5에 고르게 담지된 촉매가 가장 낮은 온도에서 벤젠을 효율적으로 산화시키는 것을 확인하였음.
2) 촉매에 의한 VOCs 제거 메커니즘 규명
- 촉매 산화와 관련된 대표적인 기작인 마스-반 크레벨렌 메커니즘을 이용하여 본 연구에서 제조된 촉매의 VOCs 제거 메커니즘을 규명하였음. 구리와 망간이 함께 존재할 경우 망간보다 산화수가 낮은 구리가 망간 격자 내에 치환되면서 전기적 중성을 유지하기 위해 표면 격자산소가 이탈해 산소 공공이 발생하고, 기체 산소가 산소공공에 흡착하여 활성산소가 됨으로써 촉매 반응을 촉진시키는 원리를 다양한 분석결과를 통해 확인할 수 있었음.
3) 촉매 합성 조건의 조절을 통한 촉매 성능 개선
- 촉매의 성능은 표면특성과 밀접하게 연관되므로 촉매 제조시 최종 단계에서 수행되는 열처리 조건을 변경하여 촉매의 산화상태를 조절하고 이로부터 촉매의 표면 특성을 제어하였음. 분위기 가스를 공기, 질소, 수소로 각각 다르게 사용하고, 열처리 온도를 400도와 600도로 구분하여 촉매를 열처리한 결과, 질소분위기에서 400도에서 열처리한 촉매가 가장 우수한 성능을 나타내는 것을 확인하였음. 이는 열처리조건에 따라 촉매의 결정구조 및 표면 산화상태가 좌우될 수 있는 것을 시사하며, 촉매의 최적 합성 조건을 수립하기 위한 중요한 기초 자료의 의미가 있음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
- 휘발성 유기화합물 및 악취가스 등 대표적인 대기유해물질을 효율적으로 처리할수 있는 대기정화촉매의 개발을 통해 날로 심각해져 가는 대기오염 문제의 해결에 기여할 것으로 기대함.
- 휘발성 유기화합물이 배출되는 화력발전소, 자동차, 연소시설 등에 설치하여 운영하여 대기오염물질의 배출을 크게 저감시킬 수 있을 것으로 기대함.
- 매립지에서 발생하는 악취가스를 효율적으로 제어하여 환경에 미치는 위해도를 경감시키는데 일조할 수 있을 것으로 기대함.
- 기존에 휘발성 유기화합물 및 악취가스를 처리하기 위해 주로 사용하던 고온 소각법을 대체하여 공정 운영비를 크게 절감할 수 있을 것으로 기대함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발의 필요성 ... 4
• 2) 당초 최종목표 및 연구범위 ... 4
• 3) 연구진행 관련 변경사항 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 연구개발내용 ... 5
• 2) 연구개발방법 ... 7
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 8
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 8
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 3) 목표 달성 수준 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 14
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 14
• 6. 참고문헌 ... 15
• 붙임1 세부 정량적 연구개발성과 ... 18
• 붙임2 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 20
• 끝페이지 ... 29