초록 ▼

□ 연구개요
휘발성유기화합물(이하, VOCs)은 대기 중에 휘발하여 기체 상태로 존재하는 유기물질을 말함. VOCs는 환경에 심각한 악영향을 미치는 대기오염물질로 미세먼지 문제의 주원인으로 알려져 있음. 또한 VOCs에 대한 기존 제거 기술 및 공정이 존재하지만 2차 오염물질 등에 대한 한계점이 존재함. 따라서 VOCs의 기존 처리 기술에 대한 문제를 보완할 새로운 공정을 개발해야 함. 이에 대한 해결책으로 VOCs 포집 용액에서의 전기화학적 분해 공정을 제시함.

□ 연구 목표대비 연구결과
VOCs를 처리하기

□ 연구개요
휘발성유기화합물(이하, VOCs)은 대기 중에 휘발하여 기체 상태로 존재하는 유기물질을 말함. VOCs는 환경에 심각한 악영향을 미치는 대기오염물질로 미세먼지 문제의 주원인으로 알려져 있음. 또한 VOCs에 대한 기존 제거 기술 및 공정이 존재하지만 2차 오염물질 등에 대한 한계점이 존재함. 따라서 VOCs의 기존 처리 기술에 대한 문제를 보완할 새로운 공정을 개발해야 함. 이에 대한 해결책으로 VOCs 포집 용액에서의 전기화학적 분해 공정을 제시함.

□ 연구 목표대비 연구결과
VOCs를 처리하기 위해 높은 포집능 및 전기화학적 분해 효율을 제공하는 흡수·처리 환경을 조성하기 위해 톨루엔 포집 용액으로 물(Water; H₂O)을 선정함. 또한, 포집 용액의 pH가 5-7 범위 내에 있고 내부에 염소이온(Cl-)이 존재할 때 전기화학적 분해 효율이 가장 뛰어난 것으로 나타남.
최적의 톨루엔 제거 효율을 얻기 위한 전기분해 촉매전극 제조법을 확립함. 촉매 물질 선정 과정을 통해 촉매 전구체 물질로 Ru과 Zn을 물질 비율 Ru:Zn=6:1로 설정함. 촉매 물질 지지체로 Ti를 선정하였으며, 염산으로 표면 개질 및 열분해법을 이용한 전구체 물질의 코팅을 수행함. 해당 과정을 통해 톨루엔에 대한 제거 성능이 뛰어난 촉매전극을 개발하는 데에 성공적인 결과를 거둠.
전극과 흡수액의 활용 범위를 보다 넓은 범위의 VOCs 물질로 확장하기 위해 다양한 전도성 소재를 전극 기판으로 활용하여 여러 형태의 촉매전극을 개발하는 과정을 진행함. 그 결과, 전도성 소재 변화에 따른 내구성 평가를 통해 Ti 기판이 가장 적합한 지지체임을 확인할 수 있었음. 또한, 열분해법 이외의 코팅법을 이용한 결과 NaCl 전해질이 함유된 톨루엔 폐수에서는 뛰어난 효과를 거두지는 못했지만, NaCl이 아닌 다른 전해질에서의 가능성을 보임으로 향후 연구될 가치를 보임.
고성능 촉매전극을 제조함으로 VOCs 물질을 탈수소화 전구체로 활용하여 청정에너지 원인 수소 생산을 시도한 결과, 3시간 기준 대략 25mL의 수소가 발생함을 입증함. 이는 톨루엔이 제거되는 동시에 수소가 발생하는 것을 입증한 사례로 매우 뛰어난 성과임을 나타냄. 또한 일반적인 수소 생산 방법 중 하나인 수전해에 비해 소요 전력량이 대략 60% 정도의 수준으로 나타나 향후 추가적인 연구를 진행할 필요가 있음.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
VOCs의 포집·제거를 위한 전기화학적 촉매 분해 시스템의 상용화로 향후 축산폐수, 산업폐수 등 다양한 오염물질 함유 폐수 처리에 대해 새롭고 혁신적인 방법으로 연구될 수 있음. 추가적인 후속 연구를 통해 에너지 소모량 및 제작 비용 감소 등 경제적으로 큰 이점이 될 가능성을 가지고 있음. 또한 순수한 수소를 생산함으로 추가적인 연구를 통해 대량 생산으로 이어질 가능성이 있으며, 범지구적으로 문제가 대두되고 있는 에너지 문제에 대한 새로운 해결책으로 제시할 수 있음.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 7
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 7
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 14
• 3) 목표 달성 수준 ... 14
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 15
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 15
• 1. 전기화학적 유기 오염물질 분해에 있어 새로운 해결 방안 제시 ... 15
• 2. 범지구적 문제인 에너지 생성 문제에 관한 연구 가능성 확보 ... 15
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 16
• 6. 자체점검표 ... 17
• 7. 참고문헌 ... 17
• 끝페이지 ... 32