R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 202121CTAP-C157721-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 축광 소재를 이용한 오염물질/미세먼지 저감 기능의 발광 광촉매 건축 타일/보드 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2020-04-13 ~ 2021-12-31 | |||||
| 연구책임자 | 김정식 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
4명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
8명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 210,000,000 원 기업 : 70,000,000 원 계 : 280,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 370,000,000 원 기업 : 124,000,000 원 계 : 494,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 서울시립대학교산학협력단 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
○ 건축 자재에 대한 기술 개발 동향은 과거의 전통적인 단순 구조적 기능이외에 친환경적기능이나 인간 친화적 감성 기능 등을 더한 다기능성을 지닌 건축재로서 진화하고 있다. 예를 들어, 광촉매 소재를 적용시킨 건물 벽보드나 외장재는 오염물질을 광분해 제거할 수 있으며 건축물 주변 대기오염물질(CO2 포함)/미세먼지 농도를 저감시키는 효과를 얻을 수 있다. 또 다른 예로서, 건축물의 주 구성요소로서 필요한 구조성능을 갖추고 있으면서 동시에 시각적 예술 및 디자인을 겸비한 건축마감재를 들 수 있다. 이와 같이 기능적으로 다변화된 건축 외장재에 대한 국민적 관심이 점점 높아지고 있고, 최근 심각한 대기오염물질/미세먼지와 같은 환경문제를 고려할 때 이들에 대한 수요는 지속적으로 증가되리라 예상된다. ○ 흑연탄소질화물(g-C3N4)이나 금속산화물(TiO2), ZnO, WO3, etc.)은 나노크기의 결정이 되면, 태양광의 자외선을 흡수하여 화학반응을 유발하고 각종 환경오염 물질을 상온에서 완전히 분해시키는 광촉매 기능을 지니게 된다. 이러한 광촉매 소재는 오염물질의 분해처리 효율이 높고, 응용하기가 간단하여 경제적이며 친환경적이어서 각종 유해물질들을 분해 제거하는 소재로서 용이하게 활용될 수 있다. 특히, 광촉매 소재는 대기미세먼지 농도를 배가시키는 주 오염물질인 아산화질소(NOx), 아황산가스(SOx) 등을 태양광만으로 쉽게 광분해 시키기 때문에, 최근 심각한 범 국가 사회적 문제로 떠오르고 있는 미세먼지 저감효과를 제공할 수 있다. ○ 본 연구에서는 높은 광활성을 지닌 g-C3N4/TiO2 혼성 광촉매 물질과 자발 발광성의 축광 물질을 융합한 복합소재를 건축 마감재 타일/보드에 적용함으로서, 오염물질(CO2 포함)/미세먼지 저감 기능과 동시에 자연발광에 의한 예술적인 심미성을 지닌 세계 최초/최고수준의 다기능성 건축재 설계 제조기술을 개발하고자 한다. ○ 본 연구에서 개발될 예정인 오염물질의 광분해 기능과 자발발광 기능을 동시에 지닌 타일/보드와 같은 건축 외장재는 주변 공기정화 효과뿐만 아니라, 실내외 주거환경, 도로교통 가드 레일, 자연 친화형 생태공원 및 도시환경에 대하여 심미적 아름다움을 더할 수 있는 획기적인 새로운 패러다임의 감성 친화형 건자재 이며, 특히, 주택이나 공공건물의 실내 데코 및 벽체, 문, 전시 및 조형물 거치대 등으로 적용하여 광범위한 미적 건축 디자인 특수효과 까지 얻을 수 있을 것으로 기대된다. [최종목표] 높은 광활성의 g-C3N4/TiO2 혼성 광촉매 물질과 자발발광성의 축광 물질을 조합한 발광 광촉매 복합소재를 건축 타일/보드에 적용함으로서, 오염물질/미세먼지 저감 기능과 자연발광에 의한 예술적인 심미성을 지닌 세계 최고(최초) 수준의 다기능성 발광-광촉매 건축재를 설계 제조하고자 함. (정량적 목표): -오염물질 광분해율: 98% 이상 제거율: CO2, NOx, VOCs (벤젠, 톨루엔)의 광분해율 측정. -가시광 반응: 410 nm 이상 파장 광반응, 80% 이상: 메틸렌불루(MB)용액의 광분해율 측정. -발광휘도: Brightness: ≥500 mcd/m2 이상, 잔광시간: ≥5 hr: 휘도계 테스트. -밀착성: Cross-cut법 0 등급 (박리 없음, JIS K5600-5-6). -내구성: 1년 후, 광분해율 80% 이상, 발광휘도 400 mcd/m2 이상 유지. [연구내용 및 범위] □ 연구내용 및 범위 ① 축광성 소재 복합화 및 타일/보드 적용 가능한 광활성이 우수한 g-C3N4/TiO2 혼성 광촉매 소재 제조 - 가시광 반응형 광촉매 물질 흑연탄소질화물(g-C3N4)과 이산화티타늄(TiO2) 복합소재, (N-, Fe-)를 도핑시킨 N-TiO2, Fe-TiO2 등의 광촉매 소재 개발 ② 고휘도 및 장잔광 특성이 우수한 알칼리 희토류 산화물계 축광성 형광체 제조공정 기술 개발 - 졸-겔법, 고상반응법, 연소반응법 등을 이용한 Sr-Al-O계 축광성 형광체 분말 제조방법 연구 고찰 - 축광체의 발광휘도, 장잔광, 발광 칼라 조절 방법 고찰 ③ 축광 물질과 광촉매 물질을 융합한 축광성 광촉매 하이브리드 복합소재 개발 - 축광체 분말 코팅에 적합한 광촉매 g-C3N4, TiO2-sol 제조공정 기술 확립 - 광촉매 g-C3N4, TiO2-sol을 이용한 축광체 코팅, 축광성 광촉매 하이브리드 소재 제조 ④ 축광체 물질의 타일/보드 적용 기술 개발 - 실리카, 유약(liquid glaze)을 이용한 축광물질의 타일/보드 데코레이션 방법 고찰 - 타일/보드 기재 내 축광체의 적정 배열/혼입 공정 방법 개발 ⑤ 광촉매-축광체 하이브리드 복합소재를 적용한 발광 타일/보드 개발 - 표면 광활성 극대화를 위한 광촉매, 축광체의 최적 혼합 기술 개발 - 축광체 발광 비드 제조 및 이의 타일/보드 기재 표면 매립기술 연구 ⑥ 광촉매-축광체 하이브리드 복합소재의 타일/보드 기재에 대한 결착특성이 우수하고 내구성이 높은 코팅 및 접합 공정 기술 - 광촉매 코팅 막의 밀착성 향상을 위한 실리카(SiO2) 버퍼 층 코팅 기술 고찰 - 광활성 극대화를 위한 후열처리 공정 연구 ⑦ 대기오염물질/미세먼지의 우수한 광분해 제거 성능을 지닌 친환경 광촉매 발광 타일/보드 건자재 제조기술 개발 - 광촉매-축광체 적용 타일/보드의 환경평가, 내구성 수명 및 신뢰성 평가 고찰 ⑧ 축광성 광촉매 하이브리드 소재 적용한 타일/보드의 성능 평가 - 주요 대기오염물질/미세먼지 (CO2, NOx, SOx, benzene, toluene, organic pollutants 등)에 대한 광분해 성능, 발광휘도, 잔광특성, 내구성 측정 고찰 □ 주관연구기관/공동연구기관의 역할분담 계획 주관기관(서울시립대학교)은 타일/보드용 고광활성 광촉매 소재 제조공정 기술 및 축광성 광촉매 혼성소재의 타일/보드 적용 기술개발 업무를 수행하고, 공동연구기관(㈜에이피씨테크)은 축광체 분말 다량 제조공정 및 이의 타일/보드 기재 적용 기술 개발 업무를 수행할 예정임. |
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| 색인어 | 한글 | 광촉매-발광 타일/보드 | 오염물질/미세먼지 분해 | 자발 발광 타일/보드 | 다기능성 건자재 | 광촉매-축광체 혼성 소재 |
| 영문 | photocatalytic-luminescent tile/board | pollutants/ fine dusts | self-luminescent tile/board | multifunctional building materials | photocatalyst-phosphor hybrid | |
| 최종보고서 | [서식1]_최종보고서(배포)_축광 소재를 이용한 오염물질.미세먼지 저감.pdf | |||||