초록 ▼

연구개발목표 및 내용
최종 목표
나노구조를 기반으로 하는 전기화학촉매의 소재화학적 설계 및 다양한 합성공정을 통한 활성 산소종/염소종 그리고 수소 발생용 전기화학촉매를 합성하고 대면적 전극 형성을 목표로 함. 또한, 형성된 전극은 음폐수 및 선박평형수의 전기화학적 수처리 공정에 도입하여 고효율 전기화학 수처리 시스템을 구현하는 것을 최종 목표로 함.
< 최종 목표 >
❍ 활성 산소/염소종 발생 전극: 귀금속 5% 이하, 활성종 발생효율 80% 이상, 염소가스 발생량 3 kg/h 이상, 전극 면적 0.5 m

연구개발목표 및 내용
최종 목표
나노구조를 기반으로 하는 전기화학촉매의 소재화학적 설계 및 다양한 합성공정을 통한 활성 산소종/염소종 그리고 수소 발생용 전기화학촉매를 합성하고 대면적 전극 형성을 목표로 함. 또한, 형성된 전극은 음폐수 및 선박평형수의 전기화학적 수처리 공정에 도입하여 고효율 전기화학 수처리 시스템을 구현하는 것을 최종 목표로 함.
< 최종 목표 >
❍ 활성 산소/염소종 발생 전극: 귀금속 5% 이하, 활성종 발생효율 80% 이상, 염소가스 발생량 3 kg/h 이상, 전극 면적 0.5 m² 이상, 폐수 처리 전기 효율 30 kWh/kg COD 이상
❍ 수소 발생 전극: 귀금속 2% 이하, 수소 발생 전류효율 80% 이상, 전극 면적 0.5 m² 이상
❍ 전극 운전특성: 내구성 3 년, 3 종 이상의 활성산소/염소종 발생, 유해 미생물 99.99% 이상 사멸, 미생물 불활성화 메커니즘 규명, 하이브리드 시스템 도입, 양산형 pilot plant 도입 (10톤/일), 적용 수처리 소독 환경 3 곳 이상 (선박평형수, 음폐수, 일반 하수)

전체 내용
< 1세부 >
① 활성 산소종/염소종 및 수소 발생용 탈 귀금속 복합 나노구조 기반의 촉매 소재 개발
· BDD, 이원계 산화물, 그리고 신규 삼원계 나노복합체 기반 활성산소촉매 개발
· MoS₂, Ni-alloy계 나노구조체 기반 수소발생촉매 개발
② 양산화 가능한 나노소재 합성 및 촉매전극 대면적화 기술 개발
· 액상 및 기상 공정 기반의 촉매소재 대량생산 기술, 산소극/수소극 대면적화 기술 개발
③ 개발 전극/전기화학촉매의 수처리 적용성 평가
· 전극/전기화학촉매 소재의 유기오염물질 분해능 평가 및 분해 메커니즘 규명
· 다양한 분해 조건 하에서의 유기오염물질 분해 효율 모니터링 및 활성 산화종 규명
④ 수처리 시스템 구축
· 음식물 탈리액 COD 제거를 위한 전기화학적 시스템 적용 및 최적 전극/전기화학촉매 스크리닝
· 다양한 조건에서의 COD제거율 모니터링을 통한 최적 운전 인자 도출
· 반복운전을 통한 전극 사용연한 평가, 반응 부산물 정량분석을 통한 시스템 안정성 평가
< 2세부 >
① 고효율 저비용 전기화학촉매 디자인을 위한 기초이론연구 및 플랫폼 구축
· 전기화학적 고도산화공정 및 수전해 반응 메커니즘 분석
· 소재의 전자구조, 교환전류밀도, 타펠기울기, 표면특성, 결함 등 기본 물성 평가기술 확립
· 다양한 형상의 구조체 합성 및 특성평가를 통한 물성-구조-특성 상관관계 규명
② 구축된 플랫폼 적용을 통한 고효율/저비용 비 귀금속 전기화학 촉매 소재 개발
· 산소극 활성 산소종/염소종 동시 발생용, 수소극 수소발생용 저비용 비 귀금속 촉매 개발
③ 전기화학촉매 성능 및 전극 구조 최적화
· 내구성 향상 위한 전극구조 모색, 효율 극대화를 위한 전해질 및 계면저항 최소화 연구
· 전기화학촉매 전극에 광촉매 시스템 도입 및 특성 평가
< 3세부 >
① 1,2 세부에서 개발된 전극/전기화학촉매의 수처리 소독공정에의
적용성 평가
· 전기화학적 소독 대상 환경에서의 미생물 오염 DB 구축
· 전극별 산화제 생성량 정량평가 및 산화제별 미생물 불활성화 kinetics 평가 / 유해미생물 99.99% 사멸 평가
· 대면적 전극을 활용한 pilot plant에서 미생물 불활성화 연구
② 미생물 불활성화 정량화 및 메커니즘 규명
· 산화제, 적용환경 수질인자에 따른 미생물의 불활성화 정량화 / 산화제별 미생물 불활성화 메커니즘 규명
③ 고활성 전극/전기화학촉매 기반 하이브리드 수처리 소독 시스템 구축
· 선박평형수 하이브리드 소독 시스템 구축/전기화학촉매 복합, 순차적 적용을 통한 미생물 소독효율 극대화
· 선박평형수 외 공정에서의 하이브리드 시스템 평가
· 소독효율 극대화를 위한 최적 운전 인자 도출, 장기 반복운전 및 부산물 정량분석을 통한 안정성 평가

연구개발성과
· 상관관계 규명을 통한 신조성 설계 플랫폼 구축
· 고농도 유기폐수의 처리용 산소극
· 직접 수전해를 통한 활성 산소종 (예: 수산화라디칼, 오존, 과산화수소) 생성 산소극
· 간접/매개 수전해를 통한 활성 염소종 및 기타 산화종 (예: 황산라디칼, 무기산화제) 생성 산소극.
· 내구성 및 촉매활성이 최적화된 전극구조를 갖는 산소극 및 수소극 제조, 나노구조화, 대면적화, 양산화 기술 적용
· 고농도 COD 처리용 전기화학적 반응조 최적 설계 및 운전 인자
· 전기화학촉매-광촉매 복합체 시스템 개발
· 개발된 촉매 소재의 수처리 공정에서의 적용성 평가 및 메커니즘 규명
· 하이브리드 수처리 소독 시스템 구축 및 제품 개발
· 국내ㆍ외 특허등록 및 출원 15건, SCIE 논문 90편 이상 논문게재 및 11건의 기술 이전

연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
① 전기화학적 고도산화처리 기술의 시장 활성화를 방해하는 귀금속 기반 촉매소재를 대체하여 전기화학적 고도산화처리기술의 시장 진입에 기여 가능. 대량 생산 공정을 도입하여 시장 요구를 충족시킬 수 있는 대표기술로 자리매김 가능
② 폐수처리 발생시 발생하는 수소 발생량을 증가시켜 에너지원으로 사용 가능케 됨. 이는 고도산화처리 공정 현장에서 요구하는 에너지를 연료전지 등을 이용해 자급할 수 있는 획기적인 에너지 절감 방식임.
③ 본 과제 수행 중 발생하는 특허 및 논문 성과를 통해 원천기술 및 지적재산권을 확보하여 시장을 선도 가능하며, 향후 기술이전을 통하여 관련 업계 발전에 기여 가능함.
④ 전극소재의 합성, 나노기술 적용, 공정운전 및 개선, 전기화학적 특성평가 등을 수행함에 따라 필요한 재료, 물리, 화학적 기초이론을 습득한 고급인력을 배출하여, 관련 사업에 진출시켜 기여 가능케 됨.

(출처 : 요약문 2p)