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보고서 초록

요약문

SUMMARY

목차

제1장 서론 21

제1절 연구필요성 및 목적 23

제2절 연구내용 및 범위 25

제3절 연구방법 27

제4절 보고서의 구성 28

제2장 국내외 기술개발 현황 29

제1절 내분비계장애물질/의약물질 관련 연구동향 31

제2절 내분비계장애물질/의약물질 제거기술 개발현황 37

제3절 기존기술의 한계점 및 극복방안 41

제3장 연구개발 수행내용 및 결과 43

제1절 Me-TsPc 기반 나노산화촉매 제조기술 개발 45

1. 균질계 Me-TsPc 촉매 특성평가 45

가. 반응조건에 따른 균질계 Me-TsPc 촉매 활성평가 46

나. Me-TsPc 활성종 규명 51

다. Me-TsPc에 의한 오염물질 분해 메카니즘 연구 53

라. Me-TsPc 균질계 촉매반응의 특성과 문제점 및 그 해결방안 55

2. Me-TsPc 촉매의 고정화 기술 개발 56

가. 고정화 기술개발 기본방향 56

나. 술폰아마이드 결합 형성기술 개발 59

다. 덴드리머를 이용한 나노브리지 형성기술 개발 60

라. Graft polymerization에 의한 고정화 기술 개발 63

마. 이온교환에 의한 고정화 기술 개발 67

3. 메조셀룰라 실리카를 담체로 하는 Me-TsPc 촉매제조기술 개발 69

4. MCM-41을 지지체로 한 Me-TsPc 촉매 제조기술 개발 80

5. 덴드리머를 이용한 Me-TsPc 촉매 제조기술 개발 84

6. 카르복실 레진을 지지체로 한 Me-TsPc 촉매제조기술 개발 91

7. 이온교환수지를 지지체로 한 Me-TsPc 촉매 제조기술 개발 94

8. 개발한 촉매 간의 효율 비교 99

제2절 친수성/소수성 오염물질에 대한 동시제어기술 개발 104

1. 동시제어의 원리 및 시너지 효과 분석 104

2. Me-TsPc 촉매흡착제에 의한 오염물질 제거효율 평가 105

제3절 반응조건 최적화 및 부산물 저감기술 개발 119

1. 촉매 비활성화 특성 연구 119

2. 부산물 발생특성 분석 121

3. 반응부산물의 환경독성 평가 130

4. 인공신경망 이론을 응용한 반응조건 최적화 및 부산물 저감 기술 개발 134

가. 인공신경망 이론의 적용 원리 134

나. 인공신경망 모델의 개발 136

다. 반응조건 최적화 및 부산물 저감기술 개발 137

제4절 개발된 촉매의 현장적용을 위한 기반기술 개발 139

1. 다양한 유입원수에 따른 적용성 평가 139

가. 다양한 원수 내에서의 지지체별 BPA 분해 연구 139

나. 여러 원수 내에서의 지지체별 cefaclor 분해 거동 143

2. 적용 분야에 따른 최적 반응조 설계방안 도출 144

가. 정수처리 144

나. 하폐수 처리 145

다. 유출우수 처리 145

제5절 개발기술의 경제성 평가 및 실용화 방안 도출 146

1. 개발기술의 경제성 분석 146

2. 경쟁기술과의 효율 및 경제성 비교 148

3. 실용화를 위한 응용분야 조사 및 적용방안 도출 153

가. 정수처리 153

나. 생활 하수 처리(하수처리장) 153

다. 병원·제약시설 폐수처리 154

라. 축산 폐수 처리 155

마. 양어장 폐수 처리 156

바. 유출우수 처리 156

제6절 결론 158

제4장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 161

제1절 연구개발 목표의 달성도 163

제2절 관련분야 기술발전 기여도 164

제5장 연구개발결과의 활용계획 165

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 169

제7장 참고문헌 173

부록 177

1. 공개세미나 회의록 및 결과반영 179

2. 연차평가의견 반영내용 188

3. 최종평가 지적사항 반영내용 189

표 1.1.1.1. 수계에서 발견되는 내분비계 장애물질 및 약성물질의 분류 23

표 1.1.1.2. 대표적인 내분비계 장애물질 및 약성물질의 예 24

표 2.1.1.1. 수계에서의 내분비계장애물질의 농도 : 미국의 예 32

표 2.1.1.2. 하천수 내에 의료배출물질 노출 경향 34

표 2.1.1.3. 하수처리장에서의 의약물질 제거효율 35

표 2.1.1.4. 국내외 내분비계장애물질 및 의약물질 실태조사 연구사례 36

표 2.2.1.1. 연도별 논문발표 추이 및 내용 37

표 2.2.1.2. 여러 가지 처리방법에 따른 내분비계장애물질/의약물질 제거특성 38

표 2.2.1.3. 관련특허 및 내용요약 39

표 2.2.1.4. 국내외 주요 관련연구 수행내용 40

표 3.1.1.1. 대상물질의 분자식 및 특성 46

표 3.1.1.2. 균질계 Fe-TsPc 반응속도상수 49

표 3.1.1.3. 균질계 Fe-TsPc 반응속도상수 (1차 반응으로 가정) 50

표 3.1.1.4. 촉매와 BPA 비율에 따른 반응속도상수의 변화 50

표 3.1.2.1. Amberlite의 종류 및 특성 68

표 3.1.3.1. 촉매 고정시 coupling agent와 첨가제의 사용 유무에 따른 촉매 76

표 3.1.3.2. 제조 온도가 다른 MCF 지지 촉매의 세척 시와 모의 반응 시 촉매 용출량 분석 77

표 3.1.4.1. MCM41과 MCM41-NH2 BET 분석 결과 81

표 3.1.8.1. 촉매 실질 사용량 대비 BPA 분해량 99

표 3.1.8.2. 지지체별 반응속도상수 비교 100

표 3.3.1.1. 촉매흡착제의 활성 및 안정성 평가 119

표 3.3.1.2. 고정화된 촉매에서의 Fe-TsPc 용출량 평가 121

표 3.3.2.1. 균질계 FeTsPc에 의한 BPA와 diclofenac의 반응산물 요약 125

표 3.3.3.1. 미생물 독성평가를 위한 시료의 준비 131

표 3.3.3.2. N-TOX 시험조건 131

표 3.3.3.3. 각 시료의 원액에 대한 발광미생물의 발광저해도 (1차 실험 결과) 132

표 3.3.3.4. 각 시료의 희석 농도에 대한 발광미생물의 반수영향 농도 (2차 실험 결과) 133

표 3.4.1.1. 실제 유입수의 샘플링 지점 140

표 3.4.1.2. 원수 내 미량 이온 ICP 분석 결과 141

표 3.4.1.3. 원수 별 TOC 분석 결과 141

표 3.5.1.1. 촉매공정의 경제성 분석결과 요약 (1,000 ㎥/day 장치 기준) 148

표 3.5.2.1. 오존-활성탄의 경제성 분석결과 요약 (1,000 ㎥/day 장치 기준) 151

표 3.5.2.2. NF/RO 공정의 경제성 분석결과 요약 (1,000 ㎥/day 장치 기준) 152

표 3.5.2.3. 광촉매 공정의 경제성 분석결과 요약 (1,000 ㎥/day 장치 기준) 152

표 4.1.1.1. 연구개발 목표의 달성도 163

표 4.1.1.2. 정량적 목표사양 달성도 164

그림 2.2.1.1. 미량오염물질의 제거율 비교 39

그림 3.1.1.1. pH에 따른 Fe(III)-TsPc의 촉매활성도 변화 47

그림 3.1.1.2. 산화제 농도에 따른 Fe(III)-TsPc 촉매 반응속도의 변화 48

그림 3.1.1.3. 촉매와 BPA의 비율에 따른 제거효율 평가 50

그림 3.1.1.4. pH에 따른 Fe-TsPc 촉매의 UV 흡광도 변화 52

그림 3.1.1.5. FeTsPc에 의한 BPA의 분해 메카니즘 53

그림 3.1.1.6. t-butanol을 첨가하였을 경우 FeTsPc에 의한 BPA의 제거 54

그림 3.1.2.1. Me-TsPc의 분자구조 57

그림 3.1.2.2. 메탄올을 이용한 Fe-TsPc monomer 유도 58

그림 3.1.2.3. 아세토나이트릴을 이용한 Fe-TsPc monomer 유도 58

그림 3.1.2.4. 술폰아마이드 결합형성 메카니즘 59

그림 3.1.2.5. Dendrimer의 화학적 구조 60

그림 3.1.2.6. FeTsPc 촉매를 고분자 표면에 고정하는 방법 61

그림 3.1.2.7. 촉매와 지지체간의 나노브리지 형성 메카니즘. 61

그림 3.1.2.8. 나노브리지 형성반응 조건 및 과정 62

그림 3.1.2.9. 나노브리지 형성을 확인하기 위한 ESCA 분석 63

그림 3.1.2.10. 나노브리지 형성을 확인하기 위한 AFM 분석 63

그림 3.1.2.11. 개시제에 의한 라디칼 형성 반응 모식도 64

그림 3.1.2.12. 메타크릴산의 중합에 의해 형성된 나노구조체의 모식도 64

그림 3.1.2.13. 매타크릴산의 중합에 의한 나노촉매 제조 메카니즘 65

그림 3.1.2.14. 중합반응 전후의 FT-IR 스펙트럼 변화 66

그림 3.1.2.15. 반응전후의 전자현미경 사진 비교 67

그림 3.1.3.1. MCF-NH2의 구조 및 TEM 이미지 69

그림 3.1.3.2. WSC/NHS를 이용한 Fe-TsPc와 MCF와의 결합 형성 70

그림 3.1.3.3. 촉매 고정 전후의 MCF-NH₂ 사진. 70

그림 3.1.3.4. Fe-TsPc/MCF 의 UV-DRS 측정 결과 72

그림 3.1.3.5. pH3.78에서 MCF에 고정한 Fe-TsPc 촉매의 BPA 분해 실험 결과 73

그림 3.1.3.6. pH에 변화를 주며 고정한 Fe-TsPc/MCF 시료들의 BPA 분해 실험. 74

그림 3.1.3.7. pH에 따른 고정화 촉매의 겉보기 반응속도상수의 변화 74

그림 3.1.3.8. WSC와 NHS 사용 유무를 달리하며 제조한 Fe-TsPc/MCF의 BPA 분해 실험. 75

그림 3.1.3.9. 동일한 시료를 사용한 BPA 분해 실험 수행 결과. 76

그림 3.1.3.10. MCF를 지지체로 사용한 촉매의 FT-IR 분석 79

그림 3.1.4.1. 아민기가 존재하지 않는 MCM-41의 Fe-TsPc 흡착 실험 전후 80

그림 3.1.4.2. MCM-41 표면으로의 아민기 생성과정. 80

그림 3.1.4.3. MCM-41에 고정한 Fe-TsPc 촉매의 BPA 분해 실험 결과 81

그림 3.1.4.4. Fe-TsPc/MCM-41을 사용한 초순수내 BPA 분해 실험 결과. 82

그림 3.1.4.5. Fe-TsPc/MCF와 Fe-TsPc/MCM-41의 TEM 분석 결과. 83

그림 3.1.5.1. pH에 따른 Fe-TsPc/dendrimer 촉매의 응집현상. 84

그림 3.1.5.2. Fe-TsPc와 덴드리머 결합체의 예상되는 구조. 85

그림 3.1.5.3. Fe-TsPc의 술폰기와 dendrimer의 아민기가 각각 1:2(a), 1:1(b), 2:1(c)의 비율로 제조된 dendrimer 지지촉매와 WSC, NHS를 술폰기와 아민기의 비를 1:1로 고정하고 pH를 3으로 유지했을때(d). 86

그림 3.1.5.4. 응집이 두드러진 일어난 Fe-TsPc/dendrimer (SO3-:NH2:1:2.8)와 응집이 거의 없는 Fe-TsPc/dendrimer (SO3-:NH2:2:1)의 모식도. 87

그림 3.1.5.5. Fe-TsPc/dendrimerG5의 BPA 제거 실험 88

그림 3.1.5.6. 연속 실험을 통한 Fe-TsPc/dendrimer BPA 분해 실험 89

그림 3.1.5.7. Fe-TsPc/dendrimer TEM 분석사진. 90

그림 3.1.5.8. 그림 3.1.5.3(c)의 시료를 150시간 보관 후 응집이 일어난 결과를 용액내에서 (a), 그리고 건조후 TEM으로(b) 찍은 사진. 90

그림 3.1.6.1. carboxyl resin과 Fe-TsPc/dendrimer-resin 사진 91

그림 3.1.6.2. Fe-TsPc/dendrimer-resin의 BPA 흡착 및 분해 실험 92

그림 3.1.6.3. Fe-TsPc/dendrimer-resin의 초순수내에서 BPA 분해 실험. 92

그림 3.1.6.4. Fe-TsPc/dendrimer-resin과 Fe-TsPc/dendrimer G6-resin의 초순수내 활성테스트. 93

그림 3.1.7.1. FeTsPc의 Amberlite로의 고정화 개략도 94

그림 3.1.7.2. FeTsPc의 Amberlite로의 고정화 실험과정 95

그림 3.1.7.3. Amberlite와 FeTsPc-Amb의 SEM-EDS 결과 96

그림 3.1.7.4. 촉매의 주입량에 따른 고정화된 촉매량의 변화 97

그림 3.1.7.5. Amberlite 지지 촉매를 이용한 초순수내 BPA 분해 실험 98

그림 3.1.8.1. 반응속도식에 의한 지지체별 촉매 고정화 효율의 해석 100

그림 3.1.8.2. coupling agent를 사용하여 지지체에 고정된 Fe-TsPc의 질소 XPS 분석 결과 101

그림 3.1.8.3. coupling agent를 사용하여 지지체에 고정된 Fe-TsPc의 황 XPS 분석 결과 103

그림 3.2.2.1. 물에 분산시킨 상태의 FeTsPc-Amb의 촉매활성 105

그림 3.2.2.2. pH에 따른 Amberlite의 BPA 흡착특성 변화 106

그림 3.2.2.3. pH에 따른 Amberlite의 Diclofenac 흡착특성 변화 107

그림 3.2.2.4. H₂O₂농도에 따른 BPA 제거특성 변화 107

그림 3.2.2.5. H₂O₂농도에 따른 Diclofenac 제거특성 변화 108

그림 3.2.2.6. 칼럼형태로 패킹된 FeTsPc-Amb 실험장치의 이미지 109

그림 3.2.2.7. 분산된 Amberlite와 칼럼형태의 Amberlite의 BPA 제거 비교 109

그림 3.2.2.8. FeTsPc-Amb의 BPA 제거효율평가(칼럼형태) 110

그림 3.2.2.9. 흡착이 진행된 상태에서 과산화수소를 첨가하였을 경우 BPA의 농도변화 111

그림 3.2.2.10. 촉매흡착제의 반복적인 반응결과 112

그림 3.2.2.11. One-pass 방식의 실험결과 113

그림 3.2.2.12. Ground-Amb-FeTsPc 촉매 제조과정 114

그림 3.2.2.13. Ground-Amb-FeTsPc의 촉매적 활성 평가 115

그림 3.2.2.14. 촉매흡착제에 의한 diclofenac 제거효율평가 116

그림 3.2.2.15. 촉매흡착제에 의한 cefaclor 제거효율평가 116

그림 3.2.2.16. 촉매흡착제에 의한 amoxicillin 제거효율평가 117

그림 3.2.2.17. 촉매흡착제에 의한 미량오염물질 제거특성 117

그림 3.3.1.1. 촉매흡착제의 활성 및 안정성 평가 120

그림 3.3.2.1. LC/MS를 이용한 반응산물 분석 122

그림 3.3.2.2. GC/MS를 이용한 반응산물 분석 124

그림 3.3.2.3. BPA의 반응산물 profile 분석 126

그림 3.3.2.4. 균질계 FeTsPc에 의한 BPA와 diclofenac의 반응산물 요약 127

그림 3.3.2.5. FeTsPc-Amb에 의한 BPA 산화반응산물 profile 128

그림 3.3.2.6/그림 3.3.2.8. 반응산물의 생성량과 분해된 BPA 농도와의 상관관계 129

그림 3.3.3.1. BPA 제거율과 상대적인 미생물 독성과의 관계 134

그림 3.3.4.1. 신경망의 개념도 136

그림 3.3.4.2. 개발한 인공신경망 기반 해석 프로그램 137

그림 3.3.4.3. 촉매반응에 대한 인공신경망 Training의 예 138

그림 3.3.4.4. Training된 인공신경망에 대한 예측치 및 가중치 138

그림 3.4.1.1. BPA 제거효율에 대한 염(salt)의 영향 140

그림 3.4.1.2. Fe-TsPc/MCM-41를 이용한 여러 원수내에서의 BPA분해. 142

그림 3.4.1.3. Fe-TsPc/dendrimer-resin를 이용한 여러 원수내에서의 BPA 분해. 142

그림 3.4.1.4. Fe-TsPc/Amberlite를 이용한 여러 원수내에서의 BPA 분해. 143

그림 3.4.1.5. Fe-TsPc/Amberlite(300mg) 촉매의 여러 가지 유입수에 대한 cefaclor 분해 실험. 144

그림 3.4.2.1. 정수처리를 위한 막결합형 촉매반응조 모식도 145

그림 3.5.2.1. 분말활성탄에 의한 내분비계 장애물질/의약물질 제거효율 149

그림 3.5.2.2. Nanofiltration에 의한 내분비계장애물질/의약물질 제거효율 150

그림 3.5.2.3. WTCost II 소프트웨어 151

그림 3.5.2.4. Fe-TsPc 촉매공정과 기존기술과의 경제성 비교 153

그림 3.5.3.1. 병원·제약시설 폐수처리 기본공정 (생물학적 처리) 154

I. 제목

내분비계 장애물질과 약성물질 무해화를 위한 Me-TsPc 나노복합촉매 제조 및 적용기술 개발

II. 연구개발의 목적 및 필요성

내분비계 장애물질(Endocrine Disrupting Chemicals, EDCs)이란 내분비계의 정상적인 기능을 방해하는 물질로서 환경으로 배출된 물질이 체내에 유입되어 마치 호르몬처럼 작용한다고 하여 환경호르몬으로 불리기도 한다. 의약물질 (혹은 약성물질: Pharmaceutically Active Compounds, PhAC)은 의약적인 활성을 지는 물질로서 생태계 및 인체에 잠재적인 악영향을 주는 것으로 알려져 있다 최근 도시화와 산업화, 특히 제약산업의 급격한 발전과 함께, 자연계로 유입되는 내분비계장애물질 및 약성물질의 종류와 양은 비약적으로 증가하고 있다.

그러나 현재까지 내분비계장애물질과 의약물질을 효과적으로 제어하기 위한 수처리 기술이 개발되지 않았기 때문에, 생태계 및 인간에 잠재적인 위협이 될 가능성이 있다. 또한 본 기술분야는 선진국에서도 비교적 초기단계이기 때문에, 중점적인 기술개발을 통해서 관련시장을 선점할 수 있는 기회가 있다.

따라서 본 연구에서는 이러한 기술적/사회적/경제적 필요성을 바탕으로 하여 나노복합촉매 기술을 개발하고자 하였다. 즉, 나노기술과 수처리 기술을 융합하여 나노산화촉매소재를 개발하고 활용함으로써, 기존 기술로 처리하기 어려운 내분비계장애물질과 약성물질을 효과적으로 제어하는 것이 본 기술의 핵심사항이다.

본 연구에서 개발하고자 하는 "내분비계 장애물질과 약성물질 무해화를 위한 Me-TsPc 나노복합촉매 제조 및 적용기술" 은 정수처리공정을 포함하여 하수처리폐수처리 및 유출우수 처리 등 다양한 분야를 대상으로 하고 있으며, 여러 가지 특성을 가지는 다양한 내분비계장애물질 및 약성물질에 대응할 수 있는 복합기능의 소재기술을 개발하여, 수처리 전반의 효율을 향상시킬 수 있으며, 수질의 안전성 및 생태계의 안정성을 확보하는 고효율의 나노촉매 원천기술을 개발하는데 있다.

III. 연구개발의 내용 및 범위

본 연구는 새로운 개념의 나노산화촉매 원천기술을 개발하기 위하여 수행되었으며, 최종 목표는 '나노촉매기술을 이용하여 내분비계장애물질과 의약물질의 제어하기 위한 소재기술 및 적용기술 개발' 에 있다. 이에 본 연구의 주요 연구내용 및 범위는 다음과 같다.

1. 국내외 관련기술 개발 현황조사

가. 국내 내분비계장애물질/의약물질 관련 연구 동향

나. 국내외 내분비계장애물질/의약물질 제거기술 개발 현황 및 적용사례

다. 기존기술의 한계점 및 극복방안

2. Me-TsPc 기반 나노산화촉매 제조기술 개발

가. 균질계 Me-TsPc 촉매 특성 평가

나. Me-TsPc 고정화 기술 개발

다. 교정화 기술을 적용한 Me-TsPc 기반 산화촉매 개발

(1) 메조셀룰라 실리카를 담체로 하는 Me-TsPc 촉매 제조기술 개발

(2) 덴드리머를 이용한 Me-TsPc 촉매 제조기술 개발

(3) 카르복실 레진을 지지체로 한 Me-TsPc 촉매 제조기술 개발

(4) 이온교환수지를 지지체로 한 Me-TsPc 촉매 제조기술 개발

라. 개발한 촉매 간의 효율 비교

3. 친수성/소수성 오염물질에 대한 동시제어기술 개발

가. Me-TsPc 촉매흡착체의 반응특성 평가

나. Me-TsPc 촉매흡착제에 의한 친수성/소수성 오염물질의 제어기술 개발

4. 반응조건 최적화 및 부산물 저감기술 개발

가. 반응조건에 따른 오염물의 산화특성 및 선택성 연구

나. 촉매 비활성화 특성 연구

다. 부산물 발생특성 연구

라. 인공신경망 이론을 응용한 반응조건 최적화 및 부산물 저감기술 개발

5. 현장적용을 위한 기반기술 개발

가. 다양한 유입원수에 대한 적용성 평가

나. 적용 분야에 따른 최적 반응조 개발

다. 촉매 반응조의 현장적용을 위한 설계인자 도출

6. 개발기술의 경제성 평가 및 실용화 방안 도출

가. 개발기술의 경제성 분석 및 경쟁기술과의 비교

나. 실용화를 위한 응용분야 조사

IV. 연구개발결과

본 연구는 내분비계장애물질과 의약물질 등에 의해 발생하는 생태계 및 인간 건강에의 문제점을 해결하기 위한 새로운 개념의 처리기술인 나노촉매 소재기술을 개발하고 적용함으로써 원천기술을 확보하고 실용화 기술개발의 기반을 확보하는 것을 최종목표로 하여 수행되었다.

본 연구에서는 이러한 목적을 달성하기 위하여 1차년도에는 기술개발의 기본방향을 도출하고, 분자촉매의 특성파악, 나노구조 형성기술, 지지체 선정기술 및 촉매 고정화 기술에 대한 연구를 진행하였다. 그 결과 여러 가지 지지체 별로 맞춤형 고정화 기술을 개발하여 확보할 수 있었으며, 실제로 내분비계장애물질과 의약 물질을 대상으로 한 제거효율 및 촉매활성 평가 테스트를 수행하였다.

2차년도 연구에서는 1차년도에 개발된 결과를 바탕으로 나노복합소재기술의 성능을 향상하고 보다 다각도로 활용할 수 있는 기술을 추가적으로 개발하였다. 또한 촉매반응의 부산물을 규명하고 이를 저감함으로써 환경위해성을 감소시키기 위한 최적화 방안을 도출하였다. 또한 인공신경망 등의 새로운 기법을 도입하였으며, 상수원수, 정수, 하수 및 도수유출우수 등 다양한 유입수에 대한 촉매활성을 평가함으로써 개발된 소재의 실용화를 준비하기 위한 다양한 자료를 확보하였다. 최종적으로 개발된 기슬이 활용될 수 있는 응용분야를 모색하고 향후 실용화를 위한 방향을 제시하기 위하여 노력하였다.

본 연구과제의 수행결과 도출한 주요한 결론은 다음과 같다.

① 균질계 촉매 (Fe-TsPc 분자촉매)는 H₂O₂를 산화제로 하여 BPA와 Diclofenac과 같은 미량오염물질을 빠르게 분해할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 이 반응은 hydroxyl radical 반응이 아닌 촉매 자체에 의한 반응으로 규명되었다. 그러나 균질계 촉매의 활성은 pH가 4 이하인 조건에서만 나타나기 때문에 실제 수처리에는 직접 적용하기 어려운 것으로 판단되었다. 또한 균질계 촉매는 자체적인 산화반응 때문에 비활성화가 빠르게 나타나는 문제도 발생하였다.

② 균질계 촉매가 산성 조건에서만 활성을 가지는 것은 활성종인 monomeric Fe-TsPc가 산성 조건에서만 안정적으로 존재하기 때문이다. 따라서 monomeric Fe-TsPc를 여러 가지 종류의 지지체에 고정화시키기 위한 i) 술폰아미드 공유결합 형성방법 ii) 덴드리머 이용방법 iii) Graft polymerization 법 iv) 이온교환법 등이 개발 및 적용되었다.

③ Fe-TsPc와 공운결합 형성을 위해서 MCF, MCM-41, 덴드리머, 카르복실레진 등의 지지체가 적용되었다. 그 결과 MCM-41과 카르복실레진을 이용하는 것이 효과적인 것으로 나타났다. MCF의 경우 촉매의 용출이, 덴드리머의 경우 응집으로 인한 촉매활성의 저하가 문제점으로 제기되었다.

④ 이온교환에 의한 촉매 고정화를 위하여 지지체로서 Amberlite 가 적용되었다. 촉매와 Amberlite를 결합하면 촉매흡착제로서의 기능을 가지게 되어 친수성 오염물질 뿐 아니라 난분해성의 소수성 오염물질까지 높은 효율로 분해할 수 있는 것으로 나타났다.

⑤ Fe-TsPc의 촉매산화반응은 여러 가지 중간산물을 생성하는 것으로 나타났으며 반응시간을 제어함으로써, 중간산물의 분해를 유도하여 최종산물로서 무해한 저분자 유기산의 생성을 유도할 수 있는 것으로 나타났다. 또한 촉매흡착제를 사용하는 경우 부산물의 생성을 줄임으로써 잠재적인 위해성을 감소시킬 수 있는 것으로 판단되었다.

⑥ 개발된 촉매의 효율 해석을 위하여 인공신경망 기법이 적용되었으며, 이를 위한 모델(소프트웨어)을 개발하였다.

⑦ 개발기술의 현장적용성을 평가하기 위하여 상수원수, 정수, 하수처리수, 우수 등 다양한 유입수에 대하여 촉매활성을 평가하였다. BPA의 경우 배경유기물 등의 영향으로 인하여 촉매활성이 약간 감소하는 경향이 나타났으나 Cefaclo의 경우 실제 유입수에서 오히려 촉매활성이 증가하는 현상이 나타났다. 그러나 전체적으로는 개발된 촉매를 실제 유입수에 적용하더라도 큰 문제점은 발생하지 않는 것으로 결론을 내릴 수 있었다.

V. 연구개발결과의 활용계획

아직까지 내분비계장애물질이나 의약물질 전반에 대하여 수질기준이 마련되어 있지 않기 때문에 정수처리 시설이나 하수처리장 등에서 촉매산화 기술을 적용하는 것은 초기단계에서는 용이하지 않을 것으로 예상된다. 따라서 본 연구개발과제에 확보된 원천기술을 조기에 실용화 기술로 연계하여 개발하기 위하여 우선적으로 의약물질이 문제시되고 있는 병원ㆍ제약폐수처리, 축산폐수처리, 양식장 폐수처리 등의 응용분야에 적용하고자 한다. 기존의 오존이나 RO/NF막여과 달리 촉매산화장치는 단순하며 H2O2를 보충해주면 전력을 거의 소모하지 않으며 운전이 가능하기 때문에 분산되어 있는 시설에 적용이 용이한 특징이 있기 때문에 이 점을 적극 활용하는 실용화 준비전략을 추진하고자 한다.

또한 개발된 기술에 대한 적극적인 홍보를 통해 관련기업과의 참여를 유도하고 개발기술의 확산 및 이전에 노력함으로써, 개발기술의 파급화를 극대화하고자 한다.