초록 ▼

연구의 목적 및 내용
·연구목적
최근 산업화 및 도시화로 비점오염원으로부터 유래한 수질 오염원은 직접적으로 하천지류에 유입되어 수중생태환경 파괴뿐만 아니라 국가 수자원 확보 및 관리에 지대한 영향을 주어 국가적 차원의 연구지원이 시급하다. 본 연구는 저가의 플라이애쉬, 슬래그 등의 산업부산물을 사용하여 기존 수질정화 소재의 경제성을 혁신적으로 향상시킨 연구로서, 본 연구에서는 연구진이 세계 최초로 확보하고 있는 One-step 합성법 이용 자립형(self-supported) 지오폴리머성 제올라이트 형성 기술을 활용하여 3

연구의 목적 및 내용
·연구목적
최근 산업화 및 도시화로 비점오염원으로부터 유래한 수질 오염원은 직접적으로 하천지류에 유입되어 수중생태환경 파괴뿐만 아니라 국가 수자원 확보 및 관리에 지대한 영향을 주어 국가적 차원의 연구지원이 시급하다. 본 연구는 저가의 플라이애쉬, 슬래그 등의 산업부산물을 사용하여 기존 수질정화 소재의 경제성을 혁신적으로 향상시킨 연구로서, 본 연구에서는 연구진이 세계 최초로 확보하고 있는 One-step 합성법 이용 자립형(self-supported) 지오폴리머성 제올라이트 형성 기술을 활용하여 30 mg/g 유해 양이온 및 10mg/g 음이온 흡착성능을 갖춘 저비용 자립형 제올라이트-LDH(layered double hydroxide, 층상이중수산화물) 수질정화 복합체 제조기술을 개발하고자 한다.

·연구내용
 하이브리드 제올라이트-LDH 복합체 제조공정 최적화
- 수열합성반응 조건(온도, 압력, 반응시간 등) 및 전구체의 배합비를 고려한 최적의 재료설계 기법 도출
- 흡착성능 향상을 위한 선택적 공극 제어기법 개발
- 복합체의 역학적 성능(압축강도 12 MPa) 및 결정화도(25 wt.%) 확보
 하이브리드 제올라이트-LDH 복합체 수질정화 성능 연구
- 30 mg/g 이상의 유해 양이온(Pb²⁺, Cu²⁺, Cd²⁺, Zn²⁺ 등) 고흡착성능 확보
- 10 mg/g 이상의 유해 음이온(CN^-, SO₄^2-, PO₄^3- 등) 고흡착성능 확보
 하이브리드 제올라이트-LDH 복합체 시작품 개발
- 시작품 제작 및 유사환경에서 오염 원인물질 정화성능 평가
- 시작품의 역학적 성능 및 장기 내구성 평가

연구개발성과
최종성과물
- 30mg/g의 양이온과 10mg/g의 음이온 흡착성을 갖춘 하이브리드 제올라이트/LDH를 이용한 수질정화 복합체 개발

연구개발성과의 활용계획(기대효과)
수질오염 증가 및 녹조를 야기하는 부영양화 원인물질의 증가에 따른 수질 정화에 대한 관심이 지속적으로 높아지고, 이를 해결하기 위한 오염물질 흡착제 시장은 꾸준히 성장하고 있어, 본 연구에서 목표로 하는 하이브리드 제올라이트-LDH 복합체 개발은 관련 시장 선점에 따른 막대한 경제적 효과를 기대할 수 있다. 또한 수질 정화 분야의 인재양성 및 관련 산업 일자리 창출에 기여하고, 기술 이전을 통한 관련산업 활성화에 기여할 것이라 기대된다. 본 연구 결과의 활용계획 및 기대효과를 요약하면 다음과 같다.
 폐광지역 오염수 유해이온 흡착 반응벽체
- 폐광산으로부터 용출된 CN^-, SO₄^2- 등의 유해이온을 흡착할 수 있는 반응벽체로 활용되어 하천 및 지하수의 오염과 토양의 산성화를 방지할 수 있음.
 하수처리시설 여과 설비
- 양이온만 흡착 가능한 기존의 제올라이트의 한계를 혁신적으로 개선하여 유해 음이온을 흡착할 수 있는 저비용 하수처리설비 시설로의 활용이 가능함.
 수질정화용 어도 및 수변공간 중금속 흡착 블록
- 유해 이온 고흡착 성능뿐만 아니라 뛰어난 역학적 성능이 확보되어 수질정화기능을 부여한 하천구조물 및 하천으로 유입되는 중금속을 원천적으로 차단할 수 있는 기능성 블록으로 활용이 가능함.

(출처 : 요약문 4p)

Abstract ▼

Purpose & Contents
· Purpose
Recent industrialization and urbanization have caused water pollution leading to destruction of ecological system in water and threatening national water security. This project utilizes low-cost industrial by-products for providing an economic solution to water-pur

Purpose & Contents
· Purpose
Recent industrialization and urbanization have caused water pollution leading to destruction of ecological system in water and threatening national water security. This project utilizes low-cost industrial by-products for providing an economic solution to water-purifying system. In particular, one-step synthesis of geopolymer-supported zeolite developed by the present research team is utilized to develop a zeolite/LDH composite with an adsorption capacity of 30 and 10 mg/g of cations and anions, respectively, for water purification.
· Contents
 Optimizing synthesis of hybrid zeolite-LDH
- Optimizing synthesis protocols considering hydrothermal conditions (temp., pressure, reaction time, and etc.) and precursor mix proportions
- Selective control of pore network for enhancing adsorption capacity
- Ensuring mechanical property (12 MPa) and crystallinity (25 wt.%) of composite
 Evaluating water purification of hybrid zeolite-LDH
- Ensuring cation (Pb²⁺, Cu²⁺, Cd²⁺, Zn²⁺) adsorption capacity of 30 mg/g
- Ensuring anion (CN^-, SO₄^2-, PO₄^3-) adsorption capacity of 10 mg/g
 Developing hybrid zeolite-LDH prototype
- Prototype production of composite and evaluation of water purification performance in a simulated environment
- Evaluation of long-term durability performance of prototype

Results
Final product/outcome
- Development of hybrid zeolite-LDH composite for water purification with an adsorption capacity of 30 and 10 mg/g for cations and anions, respectively

Expected Contribution
Demand for water purification has been consistent in recent years due to increased water pollution and eutrophication in rivers and streams. The market for pollutant-adsorbents and other means of mitigation measures is rapidly increasing, hence, the final outcome of this project offers a substantial economic benefit. In addition, this project will help growth of young individuals with professional knowledge in water purification sectors. The final product can be readily available for technology transfer to relevant industries. The effects anticipated at the end of the project are as follows.
 Adsorbent system for leachate from abandoned mines
- Mining leachate contains hazardous ions such as CN^-, SO₄^2- which causes acidification of ground water and neighboring soil. The to-be-developed composite can be used to mitigate such pollutions caused by mining leachate.
 Filter system for sewage plants
- The to-be-developed composite is capable of adsorbing both cations and anions, hence provides a wide application range in existing sewage plants as a filter system at a low cost.
 Heavy metal adsorbent in water system
- High mechanical strength of the to-be-developed composite ensures its role during the service life as a functional adsorbent block which mitigates release of heavy metals into rivers and streams.

(source : SUMMARY 5p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• Contents ... 6
• 목차 ... 7
• 제1장. 연구개발과제의 개요 ... 8
• 1. 연구개발 목적 ... 8
• 2. 연구개발의 필요성 ... 8
• 3. 연구개발 범위 ... 16
• 제2장. 국내외 기술 개발 현황 ... 22
• 1. 연구개발 대상의 국내외 현황 ... 22
• 2. 국·내외 논문 동향 ... 24
• 3. 국·내외 관련 기술 특허 동향 ... 26
• 제3장. 연구수행내용 및 성과 ... 28
• 1. 연구수행내용 ... 28
• 2. 연구 성과 ... 46
• 제4장. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 48
• 1. 목표 달성도 ... 48
• 2. 관련 분야 기여도 ... 50
• 3. 목표 미달성 시 원인(사유) 및 차후대책(후속연구의 필요성 등) ... 50
• 제5장. 연구개발성과의 활용계획 ... 51
• 1. 연구결과의 활용방안 ... 51
• 2. 기대효과 ... 51
• 3. 연구결과 기업활용방안 ... 52
• 4. 향후 연구 계획 ... 52
• 제6장. 연구 과정에서 수집한 해외 과학기술 정보 ... 53
• 제7장. 연구개발성과의 보안등급 ... 53
• 제8장. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 53
• 제9장. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 53
• 제10장. 연구개발과제의 대표적 연구 실적 ... 54
• 제11장. 기타 사항 ... 54
• 제12장. 참고 문헌 ... 55
• 끝페이지 ... 58