| 초록 |
□ 개발 목적 및 필요성 - 상온 N 2 O 저감 기술 개발의 필요성 1) 기존 N 2 O 저감기술은 축산분뇨, 마취가스 등 상온에서 발생하는 N 2 O를 분해하기에는 부적합함 2) 따라서 상온에서 N 2 O를 분해할 수 있는 기술이 필수적으로 요구됨 - 전기화학을 이용한 상온 N 2 O 환원 기술 1) 상온에서 N 2 O를 분해하는 기술은 전기화학 반응을 이용한 N 2 O 환원기술이 대표적임 2) 전기화학 기반의 N 2 O 저감 기술은 저온 공정이 가능하다는 장점이 있기 때문에 N 2 O 저감을 위한 새로운 공정으로 적용 가능성이 있음 □ 연구개발 결과 - 전해질 내부의 N 2 O 농도 및 생성 가스의 농도를 분석하는 tool 구축 1) UV-Vis spectroscopy 또는 Pd RDE를 이용한 전기화학적 방법으로 DI water 또는 K 2 SO 4 내에 녹아 있는 N 2 O의 농도를 측정 가능하게 됨 2) GC를 이용해 N 2 O의 전기분해 이후 생성물인 N 2 와 부반응으로서 발생하는 H 2 의 농도를 측정 가능하게 됨 3) 개발된 방법을 이용하면 벌크 전해 동안의 패러데이 효율 및 N 2 O 전환율을 계산할 수 있음 - 전해질 및 유동을 만들 수 있는 장치 구현 1) Couette-Taylor vortex reactor를 적용하여 기액접촉 시스템을 고안함 2) 고안된 기액접촉 시스템을 이용해 N 2 O를 용해하면 향상된 물질전달로 인해 포화시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 용해도도 26.9% 증가하는 결과를 보임 - 전해 도금 및 무전해 도금을 이용한 다양한 금속, 합금, 산화물 촉매 합성 1) 귀금속 촉매의 제조 단가를 낮추고 간단하게 금속 촉매를 제조하기 위해 갈바닉 치환반응을 이용함 2) Ti foil을 Pd 전구체 용액에 담가 갈바닉 치환반응을 진행할 경우 Pd 금속 입자가 형성되었으며 Pd 금속 입자 촉매의 경우 onset 전위, mass specific current density 측면에서 Pd 금속 촉매와 유사하거나 우수한 성능을 보였으며, 내구성도 탁월한 것으로 판명됨 3) Cu foil을 Pd 전구체 용액을 이용하여 갈바닉 치환반응을 진행할 경우 평판형 Pd 촉매에 비해 표면적이 월등히 증가한 휘스커 형태의 Pd 및 PdCu 산화물 촉매가 형성됨 onset 전위 및 current density 측면에서 Pd 금속 촉매에 비해 우수한 성능을 가짐 - N 2 O의 전기화학적 환원을 위한 통합 시스템 연구 1) Couette-Taylor vortex reactor 내 유체의 유동을 결정하는 테일러넘버를 조절하기 위해 내부실린더 회전속도를 변화시키며 N 2 O를 반응기 내 전해질용액에 주입할 경우 내부실린더가 1000 rpm인 조건에서 N 2 O 포화속도 및 용해도가 최대값을 보임 2) Couette-Taylor vortex reactor를 이용하여 전해질용액에 N 2 O를 용해시킬 경우 batch reactor에 비해 용해속도는 15배, 용해도는 1.3배 증가함 3) N 2 O 환원용 촉매로 SUS, Cu, Pd 휘스커를 Couette-Taylor vortex reactor의 작동전극으로 이용하여 N 2 O 환원을 진행한 결과 Pd 휘스커가 가장 높은 N 2 O 전환율을 보였으며, 최적화된 반응기 작동 조건에서 96.18%의 N 2 O 전환율을 나타냄 □ 성능사양 및 기술개발 수준 - 고안된 기액접촉 시스템을 이용하여 N 2 O를 용해하면 향상된 물질전달로 인해 포화시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 용해도도 26.9% 증가하는 결과를 보임 - 갈바닉 치환반응을 이용하여 Cu foil 위에 휘스커형 Pd 금속 촉매를 제조하였고 이를 Couette-Taylor vortex reactor 시스템의 전극으로 이용하여 N 2 O를 분해할 경우 96.18%의 전환율을 보임 □ 활용계획 - 본 연구에서 고안된 전기화학적 N 2 O 농도 측정법은 N 2 O뿐만 아니라 여러 기체의 용해도 측정에 활용될 수 있음 - 고안된 기액접촉 시스템은 N 2 O 뿐만 아니라 여러 기체의 용해도 개선에 활용될 수 있음 - 본 연구에서 개발한 갈바닉 치환 방법을 이용한 휘스커형 촉매 제조 방법은 우수한 금속 촉매의 저렴한 합성 방법으로 활용될 수 있음 - 본 연구에서 고안된 전기화학 융합 Couette-Taylor vortex reactor는 반응물의 물질전달 촉진으로 효율이 증대될 수 있는 각종 전기화학반응에 응용될 수 있음 - 전기화학 융합 Couette-Taylor vortex reactor의 스케일업을 통해 아디프산 및 질산 생산 공정, 반도체 및 디스플레이 제조 공정 등 대규모 N 2 O 배출지에서의 N 2 O 저감에 활용 ( 출처 : 요약서 4p ) |
