초록 ▼

□ 연구개요
기존 graphene 제조방법들은 공정이 복잡하다는 것과 비용이 높다는 단점이 존재하여 본 연구에서는 다양한 종류의 바이오매스와 금속염 등을 이용하여 그래핀과 유사한 성질을 가진 graphene-like carbon(GLC) 분말을 제조하였다. 그리고 연속처리용 매질로 활용하기 위하여 GLC 기반의 입상매질을 개발하였다. 본 연구의 최종 목표는 여러 화학적 개질/열분해 하이브리드 방법을 통하여 1세대 및 2세대 바이오매스로부터 GLC 최적 제조공정 도출과, 제조된 GLC를 입상화시킨 후 수계에 오염된 다양한 오염물

□ 연구개요
기존 graphene 제조방법들은 공정이 복잡하다는 것과 비용이 높다는 단점이 존재하여 본 연구에서는 다양한 종류의 바이오매스와 금속염 등을 이용하여 그래핀과 유사한 성질을 가진 graphene-like carbon(GLC) 분말을 제조하였다. 그리고 연속처리용 매질로 활용하기 위하여 GLC 기반의 입상매질을 개발하였다. 본 연구의 최종 목표는 여러 화학적 개질/열분해 하이브리드 방법을 통하여 1세대 및 2세대 바이오매스로부터 GLC 최적 제조공정 도출과, 제조된 GLC를 입상화시킨 후 수계에 오염된 다양한 오염물질 처리에 적용하는데 있으며 1) 여러 화학적 개질제를 사용하여 GLC 제조를 위한 최적 개질제/개질조건 및 열분해방법/조건 선정, 2) GLC를 실용화 입상매질로 적용하기 위한 최적 입상화 방법/조건 선정, 3) 유·무기 및 과불화 미량오염물질의 연속처리 및 흡착매질 재생/재사용성과 관련된 공정변수 도출을 통하여 바이오매스 활용을 통한 실용성 있는 탄소계 입상매질 개발 및 적용을 위한 핵심 기초연구에 있다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구의 최종 목표는 여러 화학적 개질/열분해 하이브리드 방법을 통하여 1세대 및 2세대 바이오매스로부터 유사-그래핀(graphene-like carbon, GLC) 유도체 최적 제조공정 도출과, 제조된 GLC-유도체를 입상화시킨 후 수계에 오염된 다양한 오염물질 처리에 적용하는데 있으며 3차년도 까지의 단계적 목표는 다음과 같다.
1차년도의 경우 여러 화학적 개질과 열분해 하이브리드 방법을 사용하여 1세대 및 2세대 바이오매스로부터 유사-그래핀(graphene-like carbon) 유도체 제조, 물성 분석 및 기초 제거능 연구를 목표로 하였다. 셀루로오스, sugar 그리고 폐목재를 바이오매스로 사용하고 여러 화학적 개질제에 의한 GLC 제조에서 최적 개질제로는 FeCl₃와 ZnCl₂를 혼합하였을 때였다. 이들의 공융점(Eutetic Point) 특성과, Graphic carbon 생성을 위한 Fe의 주형(Template) 역할 그리고 Zn의 낮은 비점에 의해 다공성의 비표면적이 큰 GLC를 제조할 수 있었으며 특성분석을 통해 개질효과를 규명할 수 있었다. 회분식 반응조에서 Cd, As, Rh.B, CR, TOC 등의 제거 대상 유·무기물질에 대한 처리특성 결과를 확보하였다.
2차년도의 경우 입상화 방법별 GLC-유도체 담지 여과재질 개발, 물성 분석 및 제거특성 연구를 목표로 하였다. 3가지 입상화 방법을 적용한 결과를 도출하였고 비교평가를 완료하였으며, 이중 GLC-유도체와 SA가 혼합된 균질 suspension을 cubic 모양 스펀지 형태의 framework에 넣고 동결 건조하는 입상화 방법을 최적 제조조건으로 선정하였으며 여과매질의 물성, 내화학성 및 흡착성능 평가결과를 도출하여 세부목표를 달성하였다.
3차년도의 경우 현장오염수를 이용한 연속처리 성능평가를 목표로 하였다. 연속형 칼럼반응기를 제작하고 GLC-스폰지형 입상화 매질을 충전하여 제거대상 물질에 대한 파과특성을 기존 상용활성탄과 비교하였고 파과곡선에 대한 모델예측을 실시하여 제시된 세부목표를 달성하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
1) 연구개발과제의 활용방안
○ 2세대 바이오매스(특히 현재 재활용률이 낮은 전정가지 및 생활계 폐목재)를 활용하여 GLC-유도체를 제조한 것은 바이오매스의 재활용성을 통한 고부가가치 매질로의 전환을 통해 새로운 탄소계 환경소재 개발 및 활용과 관련된 시장의 확대가 예상됨
○ GLC-유도체 기반 여과재질은 수계에 오염된 여러 오염물질 처리를 위한 매질로도 활용될 수 있으며 관련 기술의 기술이전을 통하여 지하수, 지표수 그리고 폐수 처리를 위한 국내외 시장에 적극 참여할 수 있는 토대가 될 것으로 기대됨
○ 본 연구에서 개발된 GLC-유도체 기반 여과재질은 다양한 유․무기 물질 특히 분자량이 크고 소수성이 큰 유해물질 처리에 우수한 성능을 발휘하여 관련 환경시장의 확대가 클 것으로 판단됨

2) 연구개발과제의 기대효과
○ 수처리를 위한 응용과학 분야에서 경제적이며 실용성과 효율성을 갖는 반응성 물질을 찾는 것은 필연적이다. 이런 관점에서 볼 때, 본 연구성과인 자연계에서 쉽게 가용할 수 있으며 친환경적인 원료인 바이오매스를 화학적 개질과 열분해시켜 얻은 GLC-유도체는 수처리 응용분야의 학문발전은 물론 관련 산업분야에 대한 응용성이 클 것으로 기대됨

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 4
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 4
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 4
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 3) 목표 달성 수준 ... 13
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 13
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 13
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 자체점검표 ... 14
• 7. 참고문헌 ... 14
• 끝페이지 ... 27