R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201818CTAP-C133057-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 오염물질 분해성능을 갖는 고광활성 시멘트모르타르/콘크리트 코팅재 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2017-06-30 ~ 2018-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 김정식 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
8명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 220,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 220,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 370,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 서울시립대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
○ 인류의 빠른 경제발전, 산업화, 도시화에 따라 발생되고 있는 각종 환경문제가 모든 산업 국가들의 중요한 사회 이슈가 되고 있고, 특히, 대도시에서의 자동차나 화석연료 이용에 의해 배출되는 대기오염가스들은 공중보건과 시민들의 건강을 크게 위협하는 유해물질들로서 이들을 저감시키기 위하여 환경규제법을 제정하고, 또한 대기정화와 같은 각종 기술개발에 범국가적으로 많은 노력을 기울여 왔음. 최근, 대기오염물질을 저감시킬 수 있는 효과적인 방법 중 하나로서 광촉매 물질을 빌딩재료와 건축？토목시설물에 적용시키는 기술이 큰 관심을 불러일으키고 있음. ○ 이산화티타늄(TiO2)과 같은 반도성 세라믹스는 나노크기의 결정이 되면, 태양광의 자외선을 흡수하여 광화학반응이 일어나며, 각종 환경오염 물질을 상온에서 완전히 분해시키는 광촉매 기능을 지니게 됨. 이러한 광촉매 소재는 오염물질의 분해처리 효율이 높고, 응용하기가 간단하며 친환경적이어서 각종 유해물질들을 분해 제거하는 소재로서 용이하게 활용될 수 있음. ○ 따라서, 광활성이 뛰어난 광촉매를 주택/빌딩의 내외장 벽면, 도로변, 터널 등 각종 건설 인프라 구조물에 적용시켰을 경우, 태양광에 의한 광분해 반응으로 인하여 주변 유해물질을 지속적으로 자가 정화시킴으로 상당한 수준의 청정 상태로 주변 지역 대기환경을 유지할 수 있음. 특히, 서울시와 같은 대도시에서는 빌딩과 각종 건축？토목시설들이 대부분 밀집 배치되어 도시 대기의 상당한 면적을 차지하고 있기 때문에 이들 건축토목시설의 주재료인 시멘트 건축재료에 광촉매를 적용시킬 경우, 광촉매 물질의 우수한 광분해 정화 기능에 의해 자동차 배기가스나 건축화학물질로부터 발생된 각종 대기오염물질들(NOx, SOx, VOCs, ROSs, etc.)을 상당한 수준까지 저감시킬 수 있음. ○ 본 연구개발에서는 우수한 대기오염물질에 대한 광분해 특성을 지닌 광촉매 물질이 함유/코팅된 고기능성 시멘트 건축재 및 그 제조기술을 개발하고자 함. 특히, 무기물계 바인더를 합성하여 광촉매 나노분말을 기판에 효과적으로 고정화시킬 수 있는 방법을 개발하고, 또한, 서로 다른 이종물질과의 하이브리드화, 비금속 원소 도핑 방법 등에 의해 광활성을 높이고 가시광원 하에서도 오염물질의 광분해 제거반응이 가능한 광촉매 물질을 개발하여 시멘트 건축재에 적용시키고자 함. [최종목표] 도시형 대기 오염물질(NOx, SOx, VOCs 등)의 광분해 제거 기능을 지닌 고기능성 시멘트모르타르/콘크리트 코팅재 개발에 대한 연구를 수행하고자 하며, 각종 건축물의 옥외 벽면 코팅재로 활용이 가능하고, 세계 최고수준의 오염물질 광분해 성능을 지닌 코팅소재를 개발하고자 함 ○ 세부목표 (1) 시멘트모르타르/콘크리트 건자재에 적용 가능한 세계 최고수준의 우수한 광활성 기능과 방오 특성을 지닌 광촉매 소재를 개발함. (2) 졸-겔 공정을 이용하여 이산화티타늄 베이스 하이브리드 광촉매 소재의 시멘트모르타르/콘크리트 기재 표면에, 결착특성이 우수하고 내구성이 높은 광촉매 코팅막을 형성할 수 있는 코팅공정 및 후열처리 기술을 개발함. (3) 하이브리드 광촉매 물질을 이용하여 대기오염물질에 대한 세계 최고수준의 우수한 광분해 제거 기능을 지닌 친환경 고기능성 시멘트모르타르/콘크리트 건자재 제조기술을 개발함. [연구내용 및 범위] 본 연구개발에서는 탁월한 대기오염물질에 대한 광분해 제거 특성을 지닌 광촉매 물질이 함유/코팅된 고기능성 건축재 및 그 제조기술을 개발하고자 하고, 이를 이루기 위하여 세계 최고수준의 우수한 광활성을 지닌 하이브리드 광촉매 소재를 개발하여, 이를 시멘트/콘크리트에 적용할 수 있는 공정기술을 개발하고자 하며, 이를 달성하기 위한 주요 연구내용 및 범위는 다음과 같음. 1. 시멘트모르타르/콘크리트용 고광활성, 오염물질에 대한 광분해 반응이 우수한 하이브리드 광촉매 원료 합성기술 개발 - 시멘트모르타르/콘크리트 코팅재로 적합한 소재로서 광활성이 우수한 이산화 티타늄을 포함한 금속산화물(TiO2, SnO2, ZnO, WO3, Graphene oxide 등) 들의 졸-겔 합성 연구 고찰. - 비금속 원소(N, C, 등)와 전이금속 원소(Cr, Fe, Co, Ni, 등) 도핑에 의한 가시광원 하에서도 오염물질의 광분해 제거반응이 가능한 광촉매 물질 개발에 대한 연구 고찰 - 졸-겔법/수열합성법을 이용하여 시멘트모르타르 적용 가능한 nano-coral, nano-needle 등의 다양한 형상의 광촉매 나노분말 합성방법에 대한 연구 고찰 2. 표면 광활성 극대화를 위한 시멘트모르타르, 광촉매 분말의 최적 조합 기술 개발 - 광촉매 소재의 종류, 혼연 조성비에 따른 시멘트모르타르의 광분해 반응 특성 연구 - 시멘트, 광촉매 소재, 샌드, 바인더 등의 혼합방법 및 공정 조건에 따른 시멘트모르타르의 광분해 반응 특성 연구 3. 우수한 광활성 시멘트모르타르/콘크리트 코팅재 제조 및 코팅 기술 개발 - 이산화 티타늄 하이브리드 광촉매 유기용매를 이용한 시멘트모르타르/콘크리트 코팅에 적합한 졸-용액 제조방법에 대한 연구 고찰 - 광촉매 분말 결착성, 내화학성, 내구성이 우수한 무기바인더(Na2SiO2ㆍnH2O,등) 합성 및 광촉매와의 혼성 고찰 - 티타니아계 하이브리드-실리카 복합 코팅막 졸 용액 제조 및 콘크리트 표면 코팅방법 연구 - 광촉매 콘크리트 코팅 층의 광분해성, 밀착성을 개선하기 위한 열처리 방법에 대한 연구 고찰 4. 고광활성 기능의 시멘트모르타르/콘크리트 (실험용)시제품 제조 및 대기 오염물질 제거 성능 평가 - 고광활성 기능의 시멘트모르타르/콘크리트 슬릿(블록)형 샘플 시편 제조 실험 - 광촉매 시멘트모르타르/콘크리트 실험제품에 대한 주요 대기 오염물질(NOx, SOx, VOCs 등) 광분해 특성 측정 분석 - 광촉매 콘크리트 샘플의 환경평가, 내구성 수명 및 신뢰성 평가 |
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| 색인어 | 한글 | 광활성 시멘트모르타르 | 오염물질 분해 | 광활성 소재 | 광활성 콘크리트 코팅 | 기능성 건자재 |
| 영문 | Photoactive Cement Mortar | Pollutants Decomposition | Photocatalytic Materials | Photoactive Concrete Coating | Functional Construction Materials | |
| 최종보고서 | (연구관리시스템-업로드용)_최종보고서_2018종료-국토교통기술촉진연구사업.pdf | |||||