초록 ▼

□ 연구개요
- 시안화물(CN-)은 광물, 도금 등과 같이 다양한 산업에서 많이 사용되고 있지만, 그만큼 폐수에 많이 함유되어 있다.
- 시안화물이 함유된 폐수가 하천에 그대로 방류된다면 어류의 폐사, 부상 등의 돌발적인 이상 상태가 발생할 수 있고, 사람에게는 강한 독성을 바탕으로 파킨슨병과 같이 심각한 질병을 초래한다.
- 따라서 이를 처리하기 위한 다양한 기술들이 연구되고 있지만, 환경, 비용, 효율 측면에서 여전히 한계가 존재한다.
- 가장 이상적인 처리 기술은 시안화물을 질소와 이산화탄소로 완전히 전환

□ 연구개요
- 시안화물(CN-)은 광물, 도금 등과 같이 다양한 산업에서 많이 사용되고 있지만, 그만큼 폐수에 많이 함유되어 있다.
- 시안화물이 함유된 폐수가 하천에 그대로 방류된다면 어류의 폐사, 부상 등의 돌발적인 이상 상태가 발생할 수 있고, 사람에게는 강한 독성을 바탕으로 파킨슨병과 같이 심각한 질병을 초래한다.
- 따라서 이를 처리하기 위한 다양한 기술들이 연구되고 있지만, 환경, 비용, 효율 측면에서 여전히 한계가 존재한다.
- 가장 이상적인 처리 기술은 시안화물을 질소와 이산화탄소로 완전히 전환하는 것이고, 이를 달성할 수 있는 경제적, 효율적, 환경친화적 기술이 필요하다.
- 시안화물의 질소화를 위한 태양광 기반의 광전기화학 기술을 제안하였으며, 이와 관련된 연구를 수행하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구 과제를 통해 1) 시안화물의 질소화를 위한 광전극 소재를 개발하고, 2) 광전기화학 반응의 최적화 및 메커니즘 규명을 통해 3) 산화 활성종 생성에 대한 Faraday 효율 90% 이상 및 시안화물의 질소 전환 효율 95% (0.5 V 이하, 1 sun 조건)의 최대 효율을 달성하고자 하였다. 이러한 목표를 달성하기 위해, 촉매적, 광학적 특성이 우수한 WO_3-x 소재를 합성 및 최적화하고, SEM, TEM, XPS, EPR 등의 다양한 기기를 이용하여 소재 특성을 구체적으로 분석하였으며, 이들의 광전기화학적 거동을 연구하였다. WO_3-x 소재는 산소결함 (oxygen vacancy)을 통해 밴드갭을 줄임으로써 태양광 흡수율이 향상됐을 뿐만 아니라, 자유전자를 발생시켜 전도성 또한 크게 향상되었다. 향상된 광학적, 전기화학적 특성을 바탕으로 염소 활성종 (reactive chlorine species (RCS)) 생성에 대한 Faraday 효율 91%를 달성할 수 있었다. 한편, cathode 소재로는 과산화수소 발생을 극대화하기 위한 graphite 와 carbon nanotube (CNT) 등의 탄소 소재를 활용하였다. WO_3-x anode 에서 생성된 RCS 와 탄소체 cathode에서 생성된 과산화수소를 활용하여 시안화물을 질소로 전환할 수 있었다. 본 연구 결과는 Chemical Engineering Journal (IF 16.744, JCR 랭킹 3% 이내) 제출되어 평가를 받고 있는 중이다. 이 논문 뿐만 아니라, 본 연구자의 연구 업적을 인정 받아 Chemical Engineering Journal 저널로부터 논문 제출 요청을 받았으며, RCS 생성용 광전기화학 시스템에 대한 리뷰 논문을 작성 중에 있다. 이 논문 또한 본 연구 과제의 지원을 받아 작성할 수 있었다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
- 기존 시안화물 처리 기술의 문제점을 극복하고 환경친화적이고, 경제적인 새로운 처리 기술을 확보할 수 있다.
- 본 기술을 통해 광전기화학 시스템을 질소화 관련된 기술 (예: denitrification, anammox 등)에도 활용 가능하여 연계 기술로의 기술력 확대가 가능하다.
- 관련 국내 산업체와의 공동 연구를 통해 미래 산업 기술 기반을 확보할 수 있다.
- 우리나라 중추 산업의 환경적 부담을 줄이고, 발생할 수 있는 환경 및 질병 문제를 최소화할 수 있다.
- 실제로 본 연구 과제 지원을 통해 본 연구팀의 연구 분야가 더욱 다양해졌으며, 양질의 연구가 가능해졌다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1. 연구과제의 필요성 ... 4
• 1.2. 연구과제의 목표 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2.1. 연구과제의 내용 ... 5
• 2.2. 연구개발의 추진 일정 ... 6
• 2.3. 연구평가의 착안점 ... 7
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 7
• 3.1. 정성적 연구개발성과 ... 7
• 3.2. 세부 정량적 연구개발성과 ... 10
• 3.3. 목표 달성 수준 ... 10
• 3.4. 목표 미달 시 원인 분석 ... 10
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 11
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 11
• 6. 자체점검표 ... 12
• 7. 참고문헌 ... 12
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 14
• 끝페이지 ... 14