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개발동향

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개발동향 상세정보 게시판
분류 [정수] 상수원수확보
과제명 Graphene 활성층에 CNT 수직성장을 통한 세라믹-탄소구조 복합막의 고도 수처리 가능성 연구
연구기관 광주과학기술원
연구기간 2013.11.01.~2016.10.31.
연구비 234,000 천원
핵심키워드 그래핀-세라믹 복합막, 그래핀 활성층, 세라믹 지지체, 수투과도, 막오염, 막세척, 염제거율
요약

연구목적 및 필요성

 O UN 보고서에 따르면, 물 부족으로 고통 받는 전 세계 인구는 지속적으로 증가하여 2025년에는 전 세계 인구의 약 33%에 달하는 사람들이 물 부족으로 인해 고통 받을 것으로 예측하고, 전 지구적 물 부족 현상을 해결하기 위해 지속 가능한 수자원 확보의 필요성이 대두됨

 O 물 부족을 근본적으로 해결하기 위한 대안으로 해수의 담수화 관련시장 급속히 확대되고 있으며 중동/북아프리카 중심으로 신규 설비가 늘어나면서 연평균 9% 이상의 성장이 전망됨., 특히, 막 기반 기술인 역삼투 공정은 담수화 시장의 60%이상을 차지함

 O 본 연구는 물부족 문제를 해결할 주요기술로서 막기반 수처리 기술을 선정하고, 막기반 수처리 기술의 핵심으로 사료되는 막 소재 개발에 집중하였으며, 기존 고분자 막이 가지는 여러 문제점을 획기적으로 개선시킴과 동시에, 막기반 수처리 공정 한계를 넘을 수 있는 와해성 기술로서, 그래핀을 이용한 고효율 선택적 분리막을 합성하는 것을 목표로 함

 

연구 내용 및 범위

 O 그래핀 막에서의 기체상태의 물 투과 특이성 및 투과 기작 연구

 O Polydopamine이 코팅된 stacked graphene oixde (GO) 막 제조 및 정삼투 공정에서의 평가

 O 막전극 활용을 위한 질소도핑 그래핀 합성 조건 및 특성 변화 확인

연구성과

연구결과

 O 그래핀 막에서의 기체상태의 물 투과 특이성 및 투과 기작 연구

  - 적층 그래핀막 합성을 위해 사용되는 그래핀 조각의 분리 전처리로 사용되고 있는 sonicationcentrifugation의 조건에 따른 그래핀 분리의 상관관계를 증명하였음

  - 기존 크게 배제 효과로 설명되고 있는 그래핀막에서의 투과 기작이 완벽하지 않음을 증명하였고, 수투과의 경우 크기배제 효과만으로 설명되지 않는 부분이 확산(diffusion) 기작에 의해 설명할 수 있음을 증명함

 O Polydopamine이 코팅된 stacked graphene oixde (GO) 막 제조 및 정삼투 공정에서의 평가

  - 선행된 그래핀막 수처리 공정 적용성에서의 가장 큰 단점으로 고려되던 수내 안정성을, 생체 고분자인 polydopamine을 결합하는 시도를 통해 확보할 수 있음을 증명하였으며, 정삼투 공정내에서의 수투과도 및 선택도가 기존에 보고된 상용화 고분자 막 및 순수 그래핀막에서 향상되었음을 확인

 O 막전극 활용을 위한 질소도핑 그래핀 합성 조건 및 특성 변화 확인

  - 열적 그래핀 도핑에서 가장 중요한 인자로서 온도를 선정하였으며, 온도조건에 따른 합성 질소도핑 그래핀 수율이 달라짐을 증명하였음

  - 온도 범위에 따라 그래핀 질소도핑이 형성하는 질소 작용기의 형태가 달라짐을 확인하므로서, 향후 그래핀기반 수처리막 효율 향상측면에서 중요한 방향성을 제사하였음

  - 그래핀 질소도핑을 통해 합성된 그래핀막이 높은 전기전도도를 가지므로서 융합공정에 적용가능하도록 확장 시켰음

 

활용계획

 O 국내 물산업의 신 성장 동력 창출시 활용할 수 있을 것으로 판단됨

 O 담수화를 통한 먹는 물의 큰 문제 중의 하나인 에너지 소모량을 감소시킴으로 인해 담수화 공정의 Carbon footprint를 줄이는데 활용

 O 지속가능한 수자원 확보를 통한 물 부족 현상 극복에 활용

 

주요성과

 O 보고서 1

 O 국내논문 1

 O 국내 학술대회 1

 O 국제 학술대회 7

 O 특허 출원 1

첨부파일 ndslOrgDocDown(213).pdf
출처 국가과학기술정보센터
등록일 2020-02-07

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