표제지 1
제출문 4
요약문 5
목차 13
I. 서론 21
1. 연구과제명 21
2. 연구의 배경, 목적 및 필요성 21
가. 연구 배경 21
나. 연구 필요성 24
다. 연구 목표 24
II. 연구내용 및 방법 25
1. 연구내용 25
2. 연구 추진체계 26
III. 연구 결과 및 고찰 27
1. 극미세먼지 집중관측 27
가. 측정 장소 및 측정 기간 27
나. 연구 방법 28
다. 연구 결과 40
라. 결과 요약 73
2. 극미세먼지 표준 측정방법 개발 - 광산란계 기반 77
가. 연구 방법 77
나. 연구 결과 82
3. 극미세먼지 표준 측정방법 개발 - 필터 기반 95
가. 기존 PM1.0 측정법의 문제점 검토[이미지참조] 95
나. 연구 방법 96
다. 연구결과 99
라. PM1.0 분리용 필터 개발[이미지참조] 103
마. PM1.0 집진용 절곡필터 제조[이미지참조] 110
4. 극미세먼지 표준 측정방법 개발 - CPC 기반 114
가. 연구 개요 114
나. 연구 방법 115
다. 연구 결과 121
라. 결과 요약 139
5. 환경 대기 중 미세플라스틱 현황 및 분석 방안 마련 141
가. 국내외 미세플라스틱 연구 동향 조사 141
나. 대기 중 미세플라스틱 국내·외 측정방법 조사 및 현황 조사 145
다. 대기 중 미세플라스틱 관측 결과 157
라. 자동차 타이어 기원 미세플라스틱 발생현황 검토 165
IV. 결론 및 활용방안 167
1. 극미세먼지 집중관측 167
2. 극미세먼지 표준 측정방법 개발 - 광산란계 기반 169
3. 극미세먼지 표준 측정방법 개발 - 필터 기반 170
4. 극미세먼지 표준 측정방법 개발 - CPC 기반 171
5. 환경 대기 중 미세플라스틱 현황 및 분석 방안 마련 172
6. PM1.0 측정안 제시[이미지참조] 173
V. 참고문헌 174
VI. 부록 180
부록 1. 일별 기상 조건 및 관측 농도 180
부록 2. 대기중 라만분광기 이용 미세플라스틱 분석절차서 196
뒷표지 206
Table 3-1. 측정항목 및 방법 28
Table 3-2. 이온크로마토그래피 분석 조건 30
Table 3-3. PAHs 분석을 위한 GC-MSMS 기기 사양 및 분석 조건 33
Table 3-4. PAHs 분석을 위한 MRM 분석 조건 34
Table 3-5. 관측 기간 확인된 PM 구성 성분 40
Table 3-6. 연구 지역의 PAHs 농도 및 선행 연구의 PAHs 농도 52
Table 3-7. 관측된 PAHs 농도 및 입자 크기별 PAHs 농도 비교 54
Table 3-8. 연구 지역의 ΣBaPTEF 및 선행 연구의 ΣBaPTEF 비교[이미지참조] 56
Table 3-9. 측정 기기에 따른 PM1.0 관측 결과(1시간 평균)[이미지참조] 75
Table 3-10. 다양한 보정계수(DustTrack (미국 TSI) 측정기 기준) 79
Table 3-11. TE-20-301(Tisch Environmental Inc.) 필터 특성 96
Table 3-12. 금속필터 특성 104
Table 3-13. 고분자필터 특성 105
Table 3-14. 필터의 절곡조건 111
Table 3-15. 계측 장비 측정 배관에 따른 Stk 115
Table 3-16. 일별 WCPC 입자 수 농도 측정 결과 및 분석 121
Table 3-17. 일별 SMPS 입자 수 농도 측정 결과 및 분석 122
Table 3-18. 일별 APS 입자 수 농도 측정 결과 및 분석 123
Table 3-19. 일별 SMPS 입자 질량 농도 측정 결과 및 분석 124
Table 3-20. 일별 APS 입자 질량 농도 측정 결과 및 분석 125
Table 3-21. 일별 WCPC 입자 수 농도 측정 결과 및 분석 130
Table 3-22. 일별 SMPS 입자 질량 농도 측정 결과 및 분석 131
Table 3-23. 일별 APS 입자 수 농도 측정 결과 및 분석 132
Table 3-24. 일별 MOUDI 질량 농도 측정 결과 및 분석 133
Table 3-25. 주요 플라스틱의 사용처 및 성상 142
Table 3-26. 대기 중 미세플라스틱 연구 동향 143
Table 3-27. 미세플라스틱 식별 방법들의 장단점 비교 148
Table 3-28. 유기물에 의한 미세플라스틱 판정 방해 예시 150
Table 3-29. 시료의 미세플라스틱 분석을 위한 밀도 분리 필요성 및 예시 151
Table 3-30. μ-FT-IR의 mapping 된 필터와 contour plot 이미지 153
Table 3-31. Quartz fiber 필터 사용 시 발생하는 문제 사항 158
Table 3-32. 2차 본 시료 채취 기간의 시료 채취 결과 및 강우량 159
Table 3-33. 기준 문헌과 본 연구의 대기 중 미세플라스틱 분석결과 비교 164
Fig. 1-1. 고운 모래 및 머리카락에 대한 PM 입자의 크기 비교 및 PM 입자 크기에 따른 인체 내 증착 가능성 22
Fig. 1-2. 선행 연구에서 측정된 PM 크기에 따른 PAHs 함유율 23
Fig. 3-1. 극미세먼지 집중관측 지점 및 측정소 설치 장소 27
Fig. 3-2. PM1.0 및 PM2.5 측정을 위한 베타레이 모식도[이미지참조] 29
Fig. 3-3. 양이온 NH₄⁺, 음이온 NO₃⁻, SO₄²⁻ 분석을 위한 IC(Cation, Anion) 분석기 30
Fig. 3-4. TC 분석 모식도 31
Fig. 3-5. GC-MSMS, 목포대학교 보유 장비 32
Fig. 3-6. GC-MSMS를 이용한 PAHs 분석 절차 32
Fig. 3-7. GC-MSMS, MRM 모드를 이용한 PAHs 측정 결과 35
Fig. 3-8. DTT-OP 실험의 이론 및 방법 36
Fig. 3-9. High Resolution Time-of-Flight Aerosol Mass Spectrometer 모식도 37
Fig. 3-10. ToF-ACSM 38
Fig. 3-11. 베타레이(베타선 흡수법) 측정 방식 장비 모식도 38
Fig. 3-12. TEOM, 한국외대 보유 장비 39
Fig. 3-13. 연속흐름산화반응기(OFR) 39
Fig. 3-14. 연구 기간에 관측된 PM2.5와 PM1.0의 상관성[이미지참조] 41
Fig. 3-15. PM mass와 분석 성분과의 상관성 42
Fig. 3-16. OCEC 및 수용성 이온의 PM mass 함량 43
Fig. 3-17. 측정 항목에 대한 PM mass 상대분율 44
Fig. 3-18. 당량기준 NO₃⁻ 및 SO₄²⁻에 대한 NH₄⁺의 비율 45
Fig. 3-19. 몰비율 기준 NO₃⁻, SO₄²⁻ 및 NH₄⁺를 이용한 ammonium-rich 평가 46
Fig. 3-20. 연구 기간 관측된 일별 PM2.5. 및 PM1.0의 농도 및 성분[이미지참조] 46
Fig. 3-21. 베타레이 종류에 따른 일별 입자상 물질의 농도 비교 49
Fig. 3-22. 황사 기간에 대한 입자상 물질 측정 결과 50
Fig. 3-23. 베타레이 종류에 따른 측정 물질 농도의 상관 50
Fig. 3-24. 연구 기간 중 관측된 PAHs의 항목별 농도 53
Fig. 3-25. 연구 기간 중 관측된 PAHs의 배출원 추정 55
Fig. 3-26. PM2.5 및 PM1.0의 DTT-OP 비교 평가[이미지참조] 57
Fig. 3-27. 봄철 기간의 온도, 가스상 전구물질 및 PM₁의 시계열 분석 59
Fig. 3-28. 가을철 기간의 온도, 가스상 전구물질 및 PM₁의 시계열 분석 60
Fig. 3-29. 봄철 및 가을철 기간의 풍향 및 풍속에 대한 바람 장미 그래프 61
Fig. 3-30. 봄철 측정 기간의 가스상 전구물질 일변화 62
Fig. 3-31. 가을철 측정 기간의 가스상 전구물질 일변화 62
Fig. 3-32. 봄철 및 가을철 PM₁ 화학적 조성 및 일변화 63
Fig. 3-33. 무기성 극미세먼지(SO₄²⁻) 산화도 65
Fig. 3-34. 유기성 극미세먼지 산화도 66
Fig. 3-35. PM1.0 농도 측정 장비 비교(TEOM vs. BAM)[이미지참조] 67
Fig. 3-36. PM1.0 입자상 물질 측정 장비 비교(HR-ToF-AMS vs. ACSM 및 HR-ToF-AMS vs. TEOM)[이미지참조] 68
Fig. 3-37. 봄철 OFR로부터 측정된 산화시간 별 잠재성 2차 유기성 물질 생성량 비교 70
Fig. 3-38. 가을철 OFR로부터 측정된 산화시간 별 잠재성 2차 유기성 물질 생성량 비교 70
Fig. 3-39. 봄철 OFR로부터 측정된 산화시간 별 잠재성 2차 유기성 물질 생성량 비교 71
Fig. 3-40. 가을철 OFR로부터 측정된 산화시간 별 잠재성 2차 유기성 물질 생성량 비교 71
Fig. 3-41. 봄철 대기 중 PM1.0 내 화학적 조성 및 잠재성 2차 입자상 물질 내 화학적 조성 비교[이미지참조] 72
Fig. 3-42. 가을철 대기 중 PM1.0 내 화학적 조성 및 잠재성 2차 입자상 물질 내 화학적 조성 비교[이미지참조] 72
Fig. 3-43. 스펙트로미터 방식(광산란 측정장치) 측정원리 77
Fig. 3-44. 광산란식(스펙트로미터 방식) 센서의 구성 및 기능 78
Fig. 3-45. 광산란계 미세먼지 측정기 비교 평가(Arizona Dust) 80
Fig. 3-46. 광산란계 미세먼지 측정기 비교 평가(KCI) 80
Fig. 3-47. 광산란식 극미세먼지 집중관측 장소 81
Fig. 3-48. 스펙트로메터 방식 미세먼지 센서 82
Fig. 3-49. 미세먼지 검출 스펙트럼 82
Fig. 3-50. 스펙트로메타 방식 미세먼지 센서 채널 분극 83
Fig. 3-51. 당사 미세먼지 측정기 보정 프로그램 84
Fig. 3-52. 제작된 스펙트로메타 방식 미세먼지 측정기 85
Fig. 3-53. 측정기간 재현성 평가 결과 85
Fig. 3-54. 정확도 평가 결과(비교테스트) 86
Fig. 3-55. 광산란계 측정기(2대) 간 재현성 평가 결과 87
Fig. 3-56. 집중관측 장소 및 광산란계 측정기 설치 88
Fig. 3-57. 보정전, 국가망 VS 광산란계 측정기 VS 베타레이(목포대) 비교 결과 89
Fig. 3-58. 보정후, 광산란계 측정기 VS 베타레이(목포대) 비교 결과 90
Fig. 3-59. 입경분포별 오차율 비교 91
Fig. 3-60. 미세먼지(PM2.5) 입경별 질량 분포율[이미지참조] 92
Fig. 3-61. 극미세먼지(PM1.0) 입경별 질량 분포율[이미지참조] 92
Fig. 3-62. 극미세먼지 농도에 따른 입경별 질량분포율(1차 측정) 93
Fig. 3-63. 극미세먼지 농도에 따른 입경별 질량분포율(2차 측정) 94
Fig. 3-64. 초미세먼지(PM2.5) 및 극미세먼지(PM1.0) 발생경향 분석[이미지참조] 94
Fig. 3-65. PM1.0분리를 위한 방법론[이미지참조] 95
Fig. 3-66. Scanning Electron Microscope로 촬영한 필터 내부 섬유 96
Fig. 3-67. 필터의 섬유경분포 96
Fig. 3-68. 실험장치 개략도 97
Fig. 3-69. 각 여과속도에서의 먼지크기에 따른 backup 필터의 집진효율 99
Fig. 3-70. 각 여과속도에서의 √Stk에 따른 backup 필터의 집진효율[이미지참조] 100
Fig. 3-71. 다양한 용액 농도에서의 압력손실 변화 101
Fig. 3-72. 다양한 조건에서의 압력손실 변화 102
Fig. 3-73. 필터기반 PM1.0 측정 개념도[이미지참조] 103
Fig. 3-74. 여과체에서 집진기작에 따른 집진효율 곡선 104
Fig. 3-75. 금속필터 SEM 사진 105
Fig. 3-76. 고분자필터 SEM 사진 106
Fig. 3-77. 실험장치 개략도 106
Fig. 3-78. 금속필터 집진효율(U = 5 m/s) 107
Fig. 3-79. 금속필터 집진효율(U = 7.1 m/s) 107
Fig. 3-80. √Stk에 따른 집진효율(U = 5 m/s)[이미지참조] 108
Fig. 3-81. √Stk에 따른 집진효율(U = 7.1 m/s)[이미지참조] 108
Fig. 3-82. 고분자필터 집진효율(U = 1.8 m/s) 109
Fig. 3-83. 고분자필터 집진효율(U=5 m/s) 109
Fig. 3-84. 절곡필터 110
Fig. 3-85. 절곡필터의 구조 및 명칭 111
Fig. 3-86. 절곡필터 제작과정 111
Fig. 3-87. 관성 절곡필터의 집진효율 112
Fig. 3-88. E12 절곡필터의 집진효율 112
Fig. 3-89. 측정 지점 114
Fig. 3-90. 통합 등속 흡인 샘플링 장치 구성(좌-현장 설치 사진, 우-설계도) 115
Fig. 3-91. TSI WCPC 3789 및 작동원리 116
Fig. 3-92. TSI SMPS 시스템 및 DMA 작동 원리 117
Fig. 3-93. TSI APS 3321 및 측정 원리[time of flight] 117
Fig. 3-94. 통합 샘플링 방법 및 장비 구성 118
Fig. 3-95. 측정 장비 현장 설치 118
Fig. 3-96. TSI Model 140 및 측정 원리[공기역학적 입경 분리] 119
Fig. 3-97. TSI OPS 3330 및 측정 원리[광산란법] 120
Fig. 3-98. 2차 측정 샘플링 방법 및 장비 구성 120
Fig. 3-99. 2차 측정 장비 현장 설치 120
Fig. 3-100. WCPC의 일별 평균 입자 수 농도와 TEOM의 일별 질량 농도의 비교 121
Fig. 3-101. SMPS의 일별 평균 입자 수 농도와 TEOM의 일별 질량 농도의 비교 122
Fig. 3-102. APS의 일별 평균 입자 수 농도와 TEOM의 일별 질량 농도의 비교 123
Fig. 3-103. SMPS의 일별 평균 입자 질량 농도와 TEOM의 일별 질량 농도의 비교 124
Fig. 3-104. APS의 일별 평균 입자 질량 농도와 TEOM의 일별 질량 농도의 비교 125
Fig. 3-105. WCPC의 수 농도와 TEOM의 질량 농도 회귀 분석 결과 126
Fig. 3-106. SMPS 수 농도와 TEOM 질량 농도 회귀 분석 결과 126
Fig. 3-107. APS 수 농도와 TEOM 질량 농도 회귀 분석 결과 127
Fig. 3-108. SMPS 질량 농도와 TEOM 질량 농도 회귀 분석 결과 127
Fig. 3-109. APS 질량 농도와 TEOM 질량 농도 회귀 분석 결과 128
Fig. 3-110. SMPS와 APS의 합산 질량 농도와 TEOM 질량 농도 회귀 분석 결과 128
Fig. 3-111. SMPS 질량 농도와 TEOM 질량 농도 회귀 분석 결과(상대습도 85% 결과 제외) 129
Fig. 3-112. APS 질량 농도와 TEOM 질량 농도 회귀 분석 결과(상대습도 85% 결과 제외) 129
Fig. 3-113. WCPC의 일별 평균 입자 수 농도와 TEOM의 일별 질량 농도의 비교 130
Fig. 3-114. SMPS의 일별 평균 입자 질량 농도와 TEOM의 일별 질량 농도의 비교 131
Fig. 3-115. OPS의 일별 평균 입자 질량 농도와 TEOM의 일별 질량 농도의 비교 132
Fig. 3-116. MOUDI의 일별 평균 입자 질량 농도와 TEOM의 일별 질량 농도의 비교 133
Fig. 3-117. CPC 수 농도와 TEOM 질량 농도 회귀 분석 결과 134
Fig. 3-118. SMPS 질량 농도와 TEOM 질량 농도 회귀 분석 결과 134
Fig. 3-119. OPS 질량 농도와 TEOM 질량 농도 회귀 분석 결과 135
Fig. 3-120. MOUDI 질량 농도와 TEOM 질량 농도 회귀 분석 결과 135
Fig. 3-121. SMPS와 APS의 합산 질량 농도와 TEOM 질량 농도 회귀 분석 결과 136
Fig. 3-122. SMPS 질량 농도와 TEOM 질량 농도 회귀 분석 결과(상대습도 85% 결과 제외) 136
Fig. 3-123. OPS 질량 농도와 TEOM 질량 농도 회귀 분석 결과(상대습도 85% 결과 제외) 137
Fig. 3-124. MOUDI 질량 농도와 TEOM 질량 농도 회귀 분석 결과(상대습도 85% 결과 제외) 137
Fig. 3-125. 극미세먼지 모니터링용 장치 구성도 138
Fig. 3-126. 대기 중 미세플라스틱 분석과정 146
Fig. 3-127. 미세플라스틱의 다양한 분석방법별 분류 147
Fig. 3-128. 샘플링 기기의 사양 및 대상 시료별 미세플라스틱 최저 예상 포집 개수 149
Fig. 3-129. 미세플라스틱 분석에 사용된 시료 채취, 전처리 및 분석방법 152
Fig. 3-130. 시립대 연구팀의 μ-FT-IR (Thermo Nicolet IN10-MX) 및 클린 캐비넷 152
Fig. 3-131. μ-FT-IR의 FPA 검출기를 이용한 mapping과 미세플라스틱 검출과정 예시 153
Fig. 3-132. 시립대 연구팀의 μ-Raman (X-plora) 및 분석 화면 154
Fig. 3-133. 필터에 여과된 미세먼지 시료의 μ-Raman 분석 화면(좌: 일반, 우: Dark field mode) 154
Fig. 3-134. 대기 중 미세플라스틱 샘플링, 전처리 및 분광 분석절차 156
Fig. 3-135. 1차 (예비) 시료 채취 기간과 일별 강수량 157
Fig. 3-136. 측정 기간의 MP 수 농도, 강수량, PM10 농도 비교 160
Fig. 3-137. 대기 중 미세플라스틱 종류 분포 161
Fig. 3-138. 일자별 대기 중 미세플라스틱 종류 분포 162
Fig. 3-139. 측정 기간 중 검출된 대기 중 미세플라스틱의 크기 분포 162
Fig. 3-140. 측정 일자별 MP 크기 분포 163
Fig. 3-141. MP 종류별 크기 분포 163
Fig. 3-142. 타이어재질 기원의 미세플라스틱의 발생 165
Fig. 4-1. 스펙트로미터 방식의 광산란센서 스펙트럼 169
Fig. 4-2. 관성필터와 절골필터를 이용한 PM1.0 포집[이미지참조] 171