초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 이형접합 광촉매를 활용하여 생활 환경에서 유출되는 수중 미량오염 물질인 과불화화합물을 효율적으로 제거하고자 함. 합성 이형광촉매의 특성분석을 통해 물리화학적 특성을 분석하고, 이를 기반으로 고도산화/환원 처리 기술에서 광촉매의 활용성을 평가함. 연구 결과를 통해 이형접합 광촉매의 활용성 및 수처리 기술의 상용화를 증진하는 것을 목표로 함. 또한 과불화화합물의 제거 성능 및 분해 메커니즘 규명을 통해 인체와 환경에 대한 과불화화합물의 잠재적인 피해 제어 가능성 및 기술적 솔루션을 제시하고자 함.

□ 연구개요
본 연구에서는 이형접합 광촉매를 활용하여 생활 환경에서 유출되는 수중 미량오염 물질인 과불화화합물을 효율적으로 제거하고자 함. 합성 이형광촉매의 특성분석을 통해 물리화학적 특성을 분석하고, 이를 기반으로 고도산화/환원 처리 기술에서 광촉매의 활용성을 평가함. 연구 결과를 통해 이형접합 광촉매의 활용성 및 수처리 기술의 상용화를 증진하는 것을 목표로 함. 또한 과불화화합물의 제거 성능 및 분해 메커니즘 규명을 통해 인체와 환경에 대한 과불화화합물의 잠재적인 피해 제어 가능성 및 기술적 솔루션을 제시하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
● 1차 년도 목표 : 신규 이형접합 광촉매 소재의 합성 및 과불화화합물 제거 성능 평가
- 은(Ag) 기반 가시광선 광촉매 후보물질 검토: Ag₂O, Ag₂S, AgX (X = Cl, Br, I), Ag₂CO₃ and Ag₃PO₄
- 층상이중수산화물(Layered double hydroxides, LDHs) 기반 가시광선 광촉매 검토: Zn-Cr, Ni-Cr, Zn-Al, Ni-Al, Ti/ZnO-Cr₂O₃
- 이형접합 광촉매 후보물질을 선별하여 4종 이상의 광촉매(ZnAl, ZnAl MMO, ZnAl-TiO₂, MMO-TiO₂, CaAl, Ag/AgCl, Ag/AgCl-C₃N₄)를 합성함.
- 이형접합(Heterojunction)를 활용한 고도 산화분해 성능의 개선을 과불화화합물 분해 실험을 통하여 평가
● 2차 년도 목표 : 합성 광촉매의 특성분석 및 과불화화합물 분해 메커니즘 규명
- 형태학적 특성 분석: SEM (Scanning Electron Microscopy), TEM(Transmission Electron Microscopy) 등
- 결정학적 특성 분석: EDS (Energy Dispersive Spectrometry), XRD (X-ray diffraction), XPS (X-ray photoelectron spectroscopy)
- 광학적 특성 분석: DRS (UV-Vis diffuse reflectance spectrometry), PL(Photoluminescence spectroscopy) 등
- 전자공여자(희생화합물, Sacrificial compounds)의 효과 분석: EDTA, oxalicacid, citric acid, isopropyl alcohol, methanol 등
- 반응 분위기가 과불화화합물 분해에 미치는 영향 분석: Air bubbling, N2 bubbling
- 미량오염물질 분해에 영향을 미칠 수 있는 활성 산소종(Reactive oxygen species, ROS)의 선별
- 화학적 지표물질을 이용한 스케빈져(Chemical Scavenger Test) 실험을 수행
- ROS의 생성을 전자상자성공명 분광계(Electron paramagnetic resonance spectrometer)를 사용하여 추가로 분석
- Spin-trap을 위해 DMPO (dimethyl-pyrroline-N-oxide) 및 TEMP(tetramethyl-piperidone) 사용
- 테레프탈산(Terephthalic acid)을 이용한 형광광도분광계(PL) 발광(Photoluminescence) 분석을 통한 정량적 비교 검토
- 수중 유·무기 공존 물질의 영향 분석 및 최적 운전조건 도출
- 수중 미량오염물질 분해에 있어서 수온, pH, 천연유기오염물질(NOM), 무기오염 물질(양이온, 음이온, 중금속)의 영향 분석
- 영향 인자별 중요도를 인공신경망(Artificial Neural Network, ANN) 모델 분석을 통해 산정
● 3차 년도: 합성 광촉매의 고정화 및 환경용수 적용성 평가
- 광산화와 광환원의 조절 및 조합을 통한 과불화화합물 분해 효율 분석
- 특성 분석에 기초한 광촉매 성능 개량 및 안정성 평가
- 신규 이형접합 광촉매의 연속적인 재이용 동안의 성능 분석 및 안정성 평가
- 수처리 적용성 증진을 위한 고정형 광촉매 복합소재 개발
- 복합소재의 과불화화합물 흡착분해 특성 분석
- 광촉매 고정에 따른 연속흐름반응조(Continuous stirred-tank reactor, CSTR) 실험 수행하고 과불화화합물 분해 비교

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
● 이형접합 광촉매의 특성 분석 결과들은 광촉매 반응의 광효율 및 오염물질 제거 성능을 증진하기 위한 연구에 활용함.
● 수중 미량오염물질 제거를 위한 고도수처리 기술 개발 연구들에 대한 비교 지표로 활용함.
● 본 기술을 통해 수질 안전성을 확보하여 공중 보건에 대한 사회적 불안감을 해소할 것으로 기대됨.
● 대상 과불화화합물 광촉매 고도처리 기술의 최적화를 통해 화학 약품의 대량 첨가가 필요한 기존의 고도처리 기술의 비용을 절감하여 우수한 경제성을 확보함.
● 친환경 광촉매 기술이 도입된 고도처리공정의 실용화를 통해 기업체 투자 유도 및 산업 일자리 창출에 기여함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 4
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 5
• 1) 연구개발과제의 최종 목표 ... 5
• 2) 연구개발과제의 필요성 ... 5
• 3) 연구개발과제의 범위 ... 6
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1) 이형접합 광촉매 합성 및 과불화화합물 제거 성능 평가 ... 6
• 2) 신규 이형접합 광촉매 합성 및 과불화화합물 제거 성능 평가 ... 10
• 3) 고도환원 공정에 따른 과불화화합물 제거 성능 평가 ... 11
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 13
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 13
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 3) 목표 달성 수준 ... 14
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 14
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 14
• 6. 자체점검표 ... 15
• 7. 참고문헌 ... 15
• 끝페이지 ... 30