R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202121CTAP-C157292-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 태양광 활용 극대화 광산화/광열전환 융합촉매 기반 미세먼지 전구체 제거용 건설·복합재료 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2020-04-13 ~ 2021-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 김형일 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
5명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
10명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 210,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 210,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 370,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 연세대학교 산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
◆ 본 연구에서 개발하고자 하는 기술의 개요 ○ 태양광 활용 극대화 광산화/광열전환 융합촉매 기반 미세먼지 전구체 제거용 건설？복합재료 개발 - 기존 광촉매의 낮은 미세먼지전도체 제거효율을 개선하기 위해 단파장대 빛에너지뿐만 아니라 버려지는 장파장대(가시광선, 적외선)의 빛에너지 등 태양에너지 전반을 모두 활용할 수 있는 고효율 가시광촉매 개발 - 태양에너지를 받아 전자로부터 생기는 광에너지가 열에너지로 전환되어 활성화에너지를 낮추고 촉매활성도를 높여주는 광열전환촉매 개발 - 고효율 가시광촉매와 광열전환촉매를 결합한 미세먼지 전구체 제거용 광산화/광열전환 융합촉매 개발 및 융합촉매 hybrid-system 구축/최적화를 통한 실내외 미세먼지전구체(VOCs, 질소산화물(NOx, 황산화물(SOx) 등)의 친환경적이고 효율적인 제거달성을 목표로 함 - 광산화/광열전환 융합 촉매를 다공성 지지체(SBA-15, MCM-41) 펠렛에 고정화함으로써, 높은 비표면적과 융합촉매의 UV 및 가시광선 반응 활성의 감소를 최소화 할 수 있는 것이 중요기능이며, 반응 촉매를 비표면적이 높은 지지체에 코팅함으로써 반응기작을 극대화 할 수 있는 기술 개발 - 개발된 광촉매를 코팅방법으로 고정화시켜 필터로 개발하면 분말형태로 사용할 때보다 공기흐름저항을 감소시킬 수 있기 때문에, 공기가 계속 흐르는 공기정화 시스템에서 높은 활용성을 기대할 수 있음. - 본 연구에서는 개발되어진 여러 가지 광촉매들을 지지체를 이용한 고정화 및 실제 사용처와 용도 (공기정화장치)를 고려하여 알루미늄 메쉬필터에 광촉매 코팅 방법을 개발 예정. - 광산화/광열전환 융합촉매 필터 기반 유해가스 제거 시험 설계 기술을 확보함으로써, 실내공기정화장치로의 개발가능성을 높이고자함. - 최종적으로, 태양에너지 활용을 극대화한 광산화/광열전환 융합촉매 기반 미세먼지 전구체 제거용 건설/복합재료 개발 및 국가적인 과제인 미세먼지 저감을 위한 효율적인 융합촉매 기반 광산화 기술개발 [최종목표] ○ 고효율 가시광촉매와 광열전환촉매를 결합한 광산화/광열전환 융합촉매 기반 미세먼지 전구체 광산화 제거기술 개발 - 미세먼지 전구체 물질 (CA인증 표준유해물질 2종 이상) 90% 이상 제거 (포름알데하이드, 아세트알데하이드, 톨루엔 등) - 단독 광산화 혹은 열전환 촉매 시스템 대비 융합촉매 효율 30% 이상 개선 ○ 미세먼지 전구체 제거율 극대화를 위한 융합촉매 기반 지지체/코팅 방법 개발 및 표준 유해가스 제거시험 설계/성능 정량화 - 1차년도에는 기공제어 지지체로 활용하여 표면에 광산화/광열전환 융합촉매를 직접적 성장 및 고정화시켜, 촉매활성 파장영역을 (NIR) 영역까지 확장할 수 있는 기술 개발. - 고정화 된 광산화/광열전환 융합촉매 표면적 10% 향상 및 유해가스 제거율 70% 이상 - 2차년도에는 광산화/광열전환 융합촉매 코팅 기술 개발 최적화 및 표준 유해가스제거 시험 설계 기술 확보 - 광산화/광열전환 융합촉매 코팅 필터 기반 미세먼지전구체 제거 성능 80%이상 달성 [연구내용 및 범위] ○ 광산화 기술효과 극대화를 위한 고효율 가시광촉매 개발 - 국내외 광에너지/열에너지 기반 촉매소재 개발분야의 연구현황 문헌 조사 및 스크리닝 - 전자전달, 구조 표면 특성 개질을 통한 고효율 광촉매 디자인 - 다양한 조촉매 활용과 촉매자체의 구조개선을 통한 광촉매 성능 향상 - 미세먼지 전구체 제거용 실험장비 구축 및 기존 상용 촉매와의 비교평가 ○ 단파장 및 버려지는 장파장대(가시광선, 적외선) 빛에너지 활용을 극대화한 고효율 광열전환촉매 개발 - 미세먼지전구체 제거효율 극대화를 위한 고효율 광열전환촉매 후보군 스크리닝 및 선정 - 광열전환촉매 후보군의 특성 평가 (대기오염물질 분해능 실험, 표면분석, 온도발생량, 전자전달력 등) 및 개질을 통한 고효율 광열전환촉매 개발 ○ 태양에너지 활용 극대화를 위한 광산화 및 광열전환촉매의 융합화 - 태양에너지 전반을 사용하는 광산화 및 광열전환촉매의 융합화 설계 및 최적 합성방법 확립 ○ 태양에너지 전반 활용 미세먼지 전구체 제거 기술 개발 - 태양에너지 모사 광조사 시스템 활용 실제 다양한 미세먼지 전구체 제거 성능 평가 ○ 개발한 광산화/광열전화 융합촉매의 최적화 및 안전성 향상 - 광산화/광열전환 융합촉매를 활용한 실내공기정화효율 확보 및 촉매의 반응 메커니즘 분석을 통한 안전성 확보 - 미세먼지 전구체 물질 (CA인증 표준유해물질 2종 이상) 90% 이상 제거 (포름알데하이드, 아세트알데하이드, 톨루엔 등) - 단독 광산화 시스템 대비 전환촉매 효율 30% 이상 개선 ○ 미세먼지 전구체 흡착율 극대화를 위한 융합촉매 다공성 구조화 방법 개발 - 기공제어 지지체로 활용하여 표면에 광촉매를 직접적 성장 및 고정화 방법 최적화 - 온도 및 계면활성제등의 첨가에 따른 기공 및 배열 구조 제어 - 출발물질 조성 변화 및 금속산화물의 양에 따른 조건 최적화 ○ 광산화/광열전환 융합촉매 필터 코팅 기술 개발 - 기공제어 지지체로 활용하여 표면에 광산화/광열전환 융합촉매를 직접적 성장 및 고정화시켜, 촉매활성 파장영역을 (NIR) 영역까지 확장할 수 있는 기술 개발 - 필터 코팅 기술 개발 최적화 - 코팅용액 최적화 및 최적 촉매 조성의 확보 ○ 광산화/광열전환 융합촉매 코팅 필터 기반 미세먼지전구체 시험 설계 및 성능 정량화 - 광촉매 유해가스 제거 성능 평가 시스템 구축 - 유해가스 분해성능 분석 및 자외선과 가시광선의 광촉매 효과 확인 - 광촉매 재활용 횟수에 따른 유해가스제거율의 감소를 측정하여 안정성 평가를 통한 광촉매 필터 최적화 |
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| 색인어 | 한글 | 미세먼지전구체 | 광산화 | 광열전환촉매 | 휘발성유기화합물 | 태양에너지 |
| 영문 | Fine dust precursors | Photo-oxidation | Photothermal catalyst | Volatile organic compounds(VOCs) | Solar energy | |
| 최종보고서 | [서식1] 최종보고서(기반연구).pdf | |||||