| 2차년도 |
주관연구기관(한국과학기술원): 하이브리드 제올라이트-LDH 복합체 제조공정 도출, 하이브리드 제올라이트-LDH 복합체 제조공정 최적화공동연구기관(수생태복원(주)): 하이브리드 제올라이트-LDH 복합체 제조공정 도출
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주관연구기관(한국과학기술원)- 하이브리드 제올라이트-LDH 복합체 제조공정 도출하이브리드 제올라이트-LDH 복합체의 제조공정을 마련하기 위하여 제올라이트 및 LDH 제조 관련 문헌조사를 수행하고 DB(Data base)를 확보함. 제올라이트-LDH의 수열합성 반응을 위한 주요 변수들(온도, 압력, 반응시간 등)의 조건 및 출발물질(플라이애시, 슬래그), 활성용액(SiO2/Na2O)의 배합비를 고려하여 고기능성 하이브리드 제올라이트-LDH 복합체의 역학적 성능 및 결정화도 확보에 필요한 인자를 도출함. 흡착성능 향상을 위한 공극 제어기법을 개발하고, 관련 자료를 조사함. 수집한 DB를 바탕으로 하이브리드 제올라이트-LDH 복합체의 제조공정을 마련함.- 하이브리드 제올라이트-LDH 복합체 제조공정 최적화앞서 도출한 제조공정으로 제작된 하이브리드 제올라이트-LDH 복합체의 성능 평가를 실시하여 복합체의 제조공정을 최적화함. 지오폴리머 블록을 먼저 양생한 후 수열합성에 의해 제올라이트로 전환시키는 일반적인 2단계(two-step) 방법이 아닌, 제올라이트 결정핵 형성과 비정질 지오폴리머 겔의 제올라이트로의 전환이 동시에 발생하는 새로운 One-step 방법을 사용하여 효율적으로 하이브리드 제올라이트-LDH 복합체를 제조할 수 있는 제조공정을 개발함. XRD, FT-IR 등의 분석기기를 사용하여 제올라이트 생성 여부를 확인하고, 복합체 내부의 제올라이트의 결정화도 25% 이상을 확보를 목표로 함. 압축강도 실험을 수행하여 복합체의 압축강도 12MPa 이상 확보하고, 복합체 내부 공극구조를 분석하여 목표성능을 충족하는 하이브리드 제올라이트-LDH 복합체 개발 제조공정을 최적화함. 공동연구기관(수생태복원(주))- 하이브리드 제올라이트-LDH 복합체 제조공정 도출수처리용 블록에 요구되는 공극량을 조사하고, 하이브리드 제올라이트-LDH 복합체의 성능 향상을 위한 공극 제어기법 기술에 대한 문헌조사를 실시함.
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| 연구성과 |
기술적 기대성과 |
- 수질 평가 및 관리 기술은 세계수준에 미비하며, 특히 기술 개발의 상위단계인 개발연구 단계에서 기존 선진국은 77.7%인 반면 국내는 28.2%에 머무르고 있음. 본 기술은 향후 응용 연구 이상 적용을 목표로 한 기술로서 관련 기술의 국산화 및 선진화에 공헌할 것이 기대됨. - 본 기술은 기존 양이온을 흡착할 수 있는 자립형 제올라이트성 지오폴리머에 음이온 흡착성능을 부여한 것으로 양·음 이온의 흡착을 통해 수중 오염 원인물질을 차단할 수 있는 혁신적인 복합체임. 본 기술은 하천, 댐, 하수처리 시설 등에 다양하게 적용 가능하여 수질 오염을 원천적으로 차단할 수 있음.
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| 사회 경제적 파급효과 |
- 2018년 세계 흡착제 관련 시장규모는 약 9조원에 이를 것으로 예상11)되며, 수처리용 화학제품 시장규모는 2020년까지 약 5%의 연평균 성장률에 따른 약 37조에 이를 것으로 예상됨. 이에 본 기술을 적용을 통해 세계흡착제 뿐만 아니라 수처리용 화학제품을 대체할 수 있는 신기술 시장을 선도함으로써 국내 관련 사업의 일자리 창출 및 인재양성에 기여할 수 있음.- 최근 지구 온난화 및 기상이변으로 인한 잦은 홍수·가뭄 등으로 인한 수자원의 관리의 중요성이 증대하고 있음. 특히 우리나라는 1인당 연간 가용 수자원량이 1,453m3로 세계 153개 국가중 129위의 수준 조영무, 홍이슬, 하수처리수를 이용한 물 부족 해결, 2017, 경기연구원 으로 하수처리 등을 통한 대체 수자원 확보에 대한 관심이 증대되고 있음. - 본 기술을 수중 오염물 흡착용 담채로 활용할시 수중내 부영양화 원인 물질을 사전에 제거함으로써 댐, 저수지 등의 가둬진 물에 발생하는 문제를 사전에 차단하여 수질 관리 및 수자원 확보에 크게 기여함. - 향후 물 부족에 대응하기 위해서는 농업용수, 댐,광역·공업용수, 생활 용수 등에 대한 수자원 재이용에 대한 종합적인 고려가 필수적임. 본 기술은 댐, 지하수 등을 통한 수자원 확보에서부터 이동, 나아가 하수처리시설에 적용되어 지속가능한 수자원 확보에 크게 기여할 수 있을 것이라 기대됨.
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| 활용방안 |
1) 폐광지역 오염수 유해이온 흡착 반응벽체 - 폐광산으로부터 용출된 CN-, SO42- 등의 유해이온을 흡착할 수 있는 반응벽체로 활용되어 하천 및 지하수의 오염과 토양의 산성화를 방지할 수 있음2) 하수처리시설 여과 설비 - 기존 천연 제올라이트는 이온교환 반응을 통해 오염된 오폐수 내 특정 중금속을 제거하는 효과적임68). 하지만, 오폐수의 경우 양이온으로 대전된 중금속 뿐만 아니라 부영양화의 주요 원인인 NO3-, N02- 등의 질산염 등을 흡착하기 위한 추가적 설비가 요구됨. 본 기술은 양이온 및 음이온 단일 처리시설로 처리가 가능하게 하여 하수처리공정의 단순화를 통한 비용저감에 혁신적으로 기여할 수 있음. 3) 수실정화용 어도 블록 - 본 기술은 뛰어난 양이온 및 음이온 흡착성능뿐만 아니라 역학적 성능 또한 확보되어 수질 정화 기능을 부여한 수중 어도 등의 하천구조물에 사용될 수 있음. 4) 수변 공간 중금속 흡착블럭 - 오염된 토양으로부터 하천 등의 지류에 유입되는 중금속을 차단하기 위한 수변공간 흡착 블록에 적용될 수 있음. 하천으로 유입되는 중금속을 원천적으로 차단함으로써 수질 향상 및 수중 생태계 보전에 기여할 수 있음.
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