| 초록 |
□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 기존의 펄핑 공정에서 생산되는 크라프트 리그닌을 이용한 재생 리그닌 원료 제조 및 기능화 기술을 개발하고 이를 이용한 초고성능 다차원 수질복원 소재 및 리그노바이오차 생산 기술 개발 ◼ 전체 내용 (주관1) 초고성능 양이온성, 음이온성 중금속 흡착을 위한 크라프트 리그닌 기반 고분자량, 중분자량, 저분자량의 양전하 또는 음전하를 띠는 재생리그닌 생산 (총괄주관) 재생 리그닌을 이용한 다차원 중금속 흡착 플랫폼 소재 개발 (주관2) 열수탄화 및 열처리 공정을 통한 재생 리그닌 사용 리그노바이오차 생산 기술 개발 ◼ 1년차 ❏ 목표 (주관1) 크라프트 리그닌의 역상 중합을 통한 고분자량, 중분자량, 저분자량 재생 리그닌 제조 연구 (총괄주관) 분자량을 달리한 재생 리그닌의 유변학적 특성 분석 및 재생 리그닌 가공 공정 개발 (주관2) NIR을 이용한 열수 처리 탄화 거동 예측 기술 개발 ❏ 내용 (주관1) - 에피클로로하이드린 사용 크라프트 리그닌의 페놀성 및 지방족 수산기의 역상 중합을 통한 분자량 별 HMW-lig, MMW-lig, LMW-lig 제조 (총괄주관) - 1세부에서 개발한 리그닌의 용매에 따른 유변학적 특성 분석으로 고분자 가공 공정 적용 가능성 확인 - 천연고분자 혹은 합성고분자와의 블렌드 방식으로 입자형 흡착제 제조 - 리그닌 기반 흡착제의 특성 평가 - 리그닌 기반 흡착제의 수질 오염 제거 효율 평가 (주관2) - 열수처리 공법 적용 리그노바이오차 제조 - 근적외선 분광법을 이용한 탄화 거동 분석 - 열수 탄화 조건에 따른 탄화 거동의 신속한 예측 기술 개발 - BET 분석법을 통한 리그노바이오차의 기공 구조 및 비표면적 분석 ◼ 2년차 ❏ 목표 (주관1) 저분자량(5 kDa 미만), 중분자량 (5-20 kDa), 고분자량(20 kDa 이상)별로 생산된 재생 리그닌의 아세트산과 과산화수소 사용 카르복실화 반응을 통한 양이온성 중금속을 흡착할 수 있는 카르복실화 재생 리그닌 생산 (총괄주관) 음이온성 재생 리그닌을 이용한 초고성능 중금속 흡착재료 개발 (주관2) 물리·화학적 활성화 방식을 이용한 친환경 다공성 리그노바이오차 개발 ❏ 내용 (주관1) - 아세트산과 과산화수소 사용 카르복실화 반응 - 에탄올과 산 촉매를 사용한 N-lig 구조 내 카르복실기 함량 조절 - 숙신산, 세바스산과 산 촉매를 사용한 N-lig의 분자량 조절 (총괄주관) - 음이온성 재생 리그닌 이용 습식 방사 기술 개발 - 재생 리그닌 기반 섬유 소재의 수분 안정성 확보를 위한 가교 공정 개발 - pH 별 용해도 테스트를 통한 수분 안정성 확인 - 제조한 음이온성 재생 리그닌 섬유의 구리, 세슘 흡착 성능 확인 (주관2) - 기공 구조 발달을 위한 마이크로파 이용 물리적 활성화 공정의 개발 - 마이크로웨이브 강도 및 시간에 따른 기공 특성 분석 - 흑액 내 Na<sup>+</sup>를 이용한 화학적 활성화 공정 개발 - 흑액/재생 리그닌 비율에 따른 리그노바이오차의 기공 특성의 분석 - 기존의 활성탄 제조 공정과의 에너지 효율 비교 ◼ 3년차 ❏ 목표 (주관1) 저분자량(5 kDa 미만), 중분자량(5–20 kDa), 고분자량(20 kDa 이상) 별로 생산된 재생 리그닌의 EPTMAC (2,3-epoxypropyl trimethyl ammonium chloride) 사용 카르복실화 반응을 통한 양이온성 중금속을 흡착할 수 있는 카르복실화 재생 리그닌 생산 (총괄주관) 리그닌 기반 나노섬유 제조 공정 개발 및 양이온화 리그닌 소재 개발 (주관2) 열수 탄화 및 열처리 공정을 이용한 리그노바이오차 재생 기술 개발 ❏ 내용 (주관1) - 분자량 별 분획된 재상 리그닌 기반 EPTMAC 사용 수산기의 개질을 통한 아민기 도입 및 반응 양상 평가 - 아민화 재상 리그닌(Positive(P)-lig)의 수율을 높일 수 있는 반응 조건 탐색 - FT-IR 분광분석을 통한 재생 리그닌 내 도입된 아민기 분석 - 수용성 GPC 분석을 통한 P-lig의 반응 후 분자량 유기 가능성 평가 - <sup>13</sup>C-NMR 분석을 통한 EPTMAC에 의해 P-lig 내 도입된 작용기 및 결합 구조 구명 - 아민기 도입을 통한 증가한 제타 전위 특성 평가 (총괄주관) - 리그닌 기반 초고성능 흡착 소재로 나노섬유를 제조하기 위해 전기방사, 원심방사 등 나노섬유 제조 공정 확립 - 리그닌의 방사성을 높이기 위한 친환경 고분자 및 셀룰로오스 유도체 혼합 기술 개발 - 리그닌의 표면 개질을 위한 고분자 코팅, 그라프팅 기술 개발 - 양전하 재생 리그닌 기반 중금속 흡착 소재의 6가 크롬 및 음이온 염료 흡착 성능 평가 (주관2) - 리그노바이오차의 중금속 흡착 후 재사용을 위하여 기존의 탈착제 사용 공정 대신 열처리를 통한 중금속 및 유독 물질의 선택 탈착 공정 개발 - 원소분석 및 근적외선 분광법을 통한 열처리 온도에 따른 중금속의 산화 및 염료 물질 분해 거동 분석 - 열처리를 통한 재생된 리그노바이오차의 재사용 효율 평가 - 리그노바이오차의 제조 및 활성화, 중금속 제거 및 재사용에 관한 연속 공정 효율 평가 - 1세부에서 개발한 음이온화 재생 리그닌 이용 바이오차 제조 후, 이를 활용한 리그닌/리그닌바이오차 복합 흡착 소재 개발 □ 연구개발성과 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 - 본 연구는 자연계에 풍부한 바이오매스 자원인 리그닌의 새로운 응용 분야를 개척하는데 활용할 예정임. - 우선적으로 진행될 리그닌의 다양한 형태로의 소재화 공정은 향후 리그닌의 활용 분야를 매우 폭넓게 증진시킬 수 있을 것이라고 기대함. - 리그닌 기반 초고성능 환경재료는 중금속, 염료 물질의 제거에 이르기까지 다양한 환경복원공정에 널리 사용 가능할 것이라 기대함. - 또한, 중금속 물질의 제거뿐만 아니라 희소 자원의 회수 및 그 응용에 이르기까지, 보다 다양한 분야에 적용이 가능할 것이라 예상할 수 있음. - 리그닌 기반 토양 및 수질 오염을 해결할 수 있는 흡착제로 개발하는 것은 임산자원의 새로운 활용분야 개척 및 환경 복원에 이바지할 수 있을 뿐만 아니라 자원 선순환기반 친환경 공정을 수립하는데 있어 큰 기여를 할 것이라고 기대함. - 본 연구를 통해 확립한 다양한 화학적 리그닌 소재 개질 공정은 다양한 바이오매스 기반 흡착제 제조 공정에도 충분히 활용 가능할 것이라 기대함. (출처 : 요약문 2p) |
