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SUMMARY

목차

제1장 서론 31

제1절 연구개발과제의 개요 33

1. 연구개발의 중요성(필요성) 33

가. 개요 33

나. 중요성 33

다. 해결하고자 하는 문제 36

라. 연구 개발목표 36

마. 연구 방법 37

바. 보유기술 및 선행연구결과 39

2. 연구개발의 국내외 현황 42

가. 국내의 기술개발동향 42

나. 해외의 기술개발동향 42

3. 연구개발 대상 기술의 차별성 44

제2절 차세대사업 선행연구 정보 45

1. 연구과제 개요 45

가. 주관연구기관 45

나. 연구책임자 45

다. 연구과제명 45

라. 기술 분류 45

마. 총 연구 기간 45

2. 연구목표 45

가. 환경오염 유기 물질 (톨루엔등의 휘발성 벤젠 유도체) 제거 45

3. 선행연구결과 요약 46

가. 원자층 증착 장비(Atomic Layer Deposition, ALD) 구축 46

나. 분말 상에 적용이 가능한 원자층 증착 장비 (Atomic Layer Deposition, ALD) 구축 47

다. 흡착 필터 제조 연구 47

라. 박막성장 메커니즘 연구 50

마. 전이금속나노입자의 증착 50

바. NiO와 탄소 나노구조 (nanodiamond, multiwalled carbon nanotube)를 담체로 이용하여 TiO₂나노 박막을 제조 50

사. (광)촉매를 이용한 유기물 분해(톨루엔, 메틸렌 블루) 반응연구 50

아. 실록산(Siloxane) 계열의 고분자 물질을 이용한 초소수성 코팅 기술 개발 51

자. 초소수성 코팅을 이용한 유기화합물 제거 51

4. 선행 과제 연구 성과 53

가. 특허 (국내특허 4건 출원, 등록 두건) 53

나. SCI 논문 9편 53

5. 선행연구와의 차별성 및 연계성 55

6. 후속 연구의 필요성 56

제2장 연구개발 수행내용 및 결과 58

제1절 기름 방제 분야 관련 선행조사 60

1. 국내 기름유출 사고 시 방제 시스템 60

가. 국가방제체계 및 방제기관 60

나. 해상방제 기술 및 방법 63

2. 국내 유류 흡착재 및 겔화제 기술동향 77

가. 유흡착재의 개요 77

나. 유겔화제의 개요 79

다. 해양경찰청의 흡착재 및 겔화제 검정기준 81

라. 국내 유류 흡착재 및 겔화제 시장동향 95

제2절 Polydimethylsiloxane을 이용한 발수코팅 기술의 사전 연구 결과 100

1. 연구 수행 방법 100

가. 접촉각 측정 장비 (Theta Optical Tensiometer) 100

나. X선 회절 분석 장비 (X-ray Diffractometer) 101

다. X선 광전자 분광기 (X-ray Photoelectron Spectrometer) 102

라. 적외선 분광기(Infrared Spectrometer) 103

마. 자외선-가시광선 분광기(Ultraviolet-Visible Spectrometer) 104

바. 기체크로마토그래피 장비 (Gas Chromatograph) 105

사. 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope) 106

아. 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope) 107

자. 원자간 힘 현미경(Atomic Force Microscope) 108

차. 표면적, 기공크기 및 기공부피 측정 장비 (Surface area & porosimetry analyzer) 109

2. Polydimethylsiloxane (PDMS)와 스테아린산(Stearic acid)을 이용한 발수 코팅법 및 발수 코팅의 일반적 성질 (선행연구 포함) 110

제3절 다양한 실리카, 탄소 소재들의 유류 제거 효율의 초기 연구 결과 139

1. 다양한 소재들의 흡유량에 관한 연구 139

2. 다양한 PDMS의 코팅 방법 (수십 g 정도의 분말 시료의 발수코팅) 144

제4절 발수코팅 기술의 scale-up 과정 163

1. kg 단위의 PDMS 발수코팅을 위한 접근 163

2. 10 L 수준의 분말 PDMS 코팅 및 다공성 실리카 발수코팅 183

제5절 발수코팅한 나노실리카의 유류제거효율 비교연구 213

제6절 발수코팅한 다공성 실리카의 유류제거효율 연구 231

제7절 발수코팅한 재료를 이용한 컬럼 등의 유류제거 장치 개발 264

제8절 발수코팅한 재료의 다양한 응용 291

1. PDMS가 코팅된 산화철(Fe₂O₃)을 이용한 오일제거 실험 291

2. 투명한 초소수성 투명 표면의 제작 293

3. 탄소나노튜브를 이용한 전도성 초발수 투명 표면의 제작 301

4. 발수코팅된 나노실리카를 이용한 스프레이 코팅 322

5. 발수코팅된 나노실리카와 접착제를 이용한 접착성 스프레이 코팅 329

제9절 활동 내역 339

1. 2013 워터코리아 339

2. 2013 친환경대전 340

3. 2014 워터코리아 341

제10절 위탁기관 연구결과 (재료연구소) 342

1. 고비표면적, 고성능 다공성 실리카 합성 및 표면 개질 기술 개발 342

가. 실리카 나노 분말의 합성 기술 개발 342

나. 메조-매크로 기공 실리카 분말의 합성 및 유류 흡착 기술 개발 342

다. 고비표면적 다공성 실리카 합성 및 유류 (벙커 B유) 확산 방지 343

라. 메탈-다공성 실리카 하이브리드 나노입자 및 유류 흡착/제거 기술 344

마. 탄소나노튜브 하이브리드 다공성 실리카 나노입자 및 유류 흡착/제거 연구 346

바. 하이브리드 다공성 실리카를 이용한 유류 (벙커 B유) 흡착 346

사. 벙커유-바닷물 오염 환경에서의 실리카 나노입자 흡유 특성 실험 348

아. 고비표면적 나노실리카 및 활성탄 섬유를 이용한 벙커유 제거용 필터 350

제11절 주관기관, 위탁기관 참여기업의 협력 연구 결과 352

제3장 목표 달성도 및 관련분야 기여도 354

제1절 연구개발목표의 달성도 356

1. 성과 창출계획 대비 추진 실적 356

가. 성과항목별 추진 실적 356

나. 성과목표별 추진 실적 358

제2절 관련분야의 기술발전 기여도 359

제4장 연구개발결과의 활용계획 등 361

제1절 연구성과 활용계획 363

1. 경제사회적 성과달성 계획 363

가. 사업화 추진계획 363

나. 고용창출 계획 363

다. 비용절감 계획 363

라. 기술이전 계획 364

마. 매출추진 계획 364

2. 과학기술적 성과달성 계획 364

가. 지식재산권 획득 계획 364

나. 국내외 전문학술지 게재 계획 365

다. 국내외 학술회의(세미나) 발표 계획 365

3. 환경적 성과달성 계획 365

가. 환경부하 감소효과 365

나. 환경질 개선효과 365

다. 환경영향(사람 및 자연에 대한 영향 개선효과) 365

제2절 NTIS에 등록한 연구시설·장비현황 365

제5장 참고문헌 367

부록(내용없음) 17

〈부록 1〉 MEL 사용자 매뉴얼(내용없음) 17

〈부록 2〉 지침서, 안내서, 핸드북 등(내용없음) 17

〈표 1.1.1〉 주관연구기관의 관련기술 보유현황 45

〈표 2.1.1〉 대표적인 흡착재의 흡착율 78

〈표 2.1.2〉 유흡착재의 재질에 따른 특성 78

〈표 2.1.3〉 유흡착재/겔화제 성능시험 기준 82

〈표 2.1.4〉 유흡착재/겔화제 성능시험 기준 83

〈표 2.1.5〉 유흡착재/겔화제 성능시험 기준 89

〈표 2.1.6〉 국산 유겔화제의 개요 및 성능 98

〈표 2.1.7〉 수입제품과 국내제품의 성능비교 98

〈표 2.5.1〉 다양한 종류의 오일에 따른 발수코팅한 나노실리카 weight gain 측정값 228

〈표 2.6.1〉 PDMS가 코팅된 나노실리카와 다공성 실리카의 weight gain값 비교 258

〈표 2.6.2〉 단면적에 따른 오일 흡유량 비교 258

〈표 3.1.1〉 성과항목별 추진 실적 356

〈표 3.1.2〉 성과목표별 추진 실적 358

〈표 4.1.1〉 사업화 추진계획 363

〈표 4.1.2〉 고용창출 계획 363

〈표 4.1.3〉 비용절감 계획 363

〈표 4.1.4〉 기술이전 계획 364

〈표 4.1.5〉 매출추진 계획 364

〈표 4.1.6〉 지식재산권 획득 계획 364

〈표 4.1.7〉 국내외 전문학술지 게재 계획 365

〈표 4.1.8〉 국내외 학술회의 발표 계획 365

〈그림 1.1.1〉 허베이스피리트호의 좌초에 의한 태안 연안의 유류오염 34

〈그림 1.1.2〉 금오동 소재 미군부대에서 배출된 폐유로 인한 인근 마을의 토양과 하천 오염 34

〈그림 1.1.3〉 해저 지하수 유출의 개념도 35

〈그림 1.1.4〉 선행연구를 통해 개발된 본 과제에서 사용할 소수 코팅 기술의 모식도 38

〈그림 1.1.5〉 본 과제에서 활용할 가스크로마토그래피 장치. 38

〈그림 1.1.6〉 Ni 입자의 초소수성 막 코팅 전·후의 물 접촉각의 변화. 40

〈그림 1.1.7〉 실록산(Siloxane) 계열의 고분자 막과 스테아산 박막의 산에 대한 안정성 비교. 40

〈그림 1.1.8〉 선행연구에서 개발된 실록산(Siloxane) 계열의 초소수막의 산과 염기에 대한 안정성. 41

〈그림 1.1.9〉 실록산(Siloxane) 계열 고분자 막이 코팅된 P-25 TiO₂나노입자들의 수중조건에서의 톨루엔에 대한 선택적인 친화력. 41

〈그림 1.2.1〉 원자층 증착 공정에서의 TiO₂박막의 형성 과정. 46

〈그림 1.2.2〉 선행연구에서 구축한 원자층 증착 장비 사진. 46

〈그림 1.2.3〉 분말 위에 산화물 증착을 가능하게 해주는 시료 고정체. 47

〈그림 1.2.4〉 TiO₂박막의 코팅 전후로 AAO의 톨루엔 흡착 성능 변화를 보여주는 모식도. 48

〈그림 1.2.5〉 TiO₂박막의 코팅 전후로 AAO의 톨루엔 흡착 성능 변화. 49

〈그림 1.2.6〉 TiO₂/carbon fiber paper의 톨루엔 제거 능력 평가 결과. 49

〈그림 1.2.7〉 휘발성 유기화합물 노출에 의한 TiO₂/carbon filter의 색 변화. 50

〈그림 1.2.8〉 초소수성 막이 코팅된 탄소 섬유의 SEM 이미지와 물에 대한 접촉각. 51

〈그림 1.2.9〉 물이 존재하는 조건에서 활성탄소 섬유의 초소수 코팅 전·후의 톨루엔 흡착성능 평가 결과. 52

〈그림 1.2.10〉 초소수성 코팅이 된 니켈 분말을 응용한 수용액 상에서의 톨루엔 제거 시연. 52

〈그림 2.1.1〉 해양유류오염 사고 시 우리나라의 국가방제 체계도. 61

〈그림 2.1.2〉 오일펜스 전장 유형 64

〈그림 2.1.3〉 유회수기의 종류 67

〈그림 2.1.4〉 유흡착재의 종류 69

〈그림 2.1.5〉 유겔화제 회수 71

〈그림 2.1.6〉 유처리제 사용결정 흐름도 73

〈그림 2.1.7〉 현장소각 결정 흐름도 75

〈그림 2.1.8〉 (a)해상현장소각 시스템 (b)해상소각 현장 76

〈그림 2.1.9〉 유겔화제 살포기 80

〈그림 2.1.10〉 상용화 되고 있는 다양한 형태의 유흡착재. 97

〈그림 2.1.11〉 상용화 되고 있는 국산 유겔화제. 97

〈그림 2.2.1〉 접촉각 측정 장비 (Theta Optical Tensiometer) 100

〈그림 2.2.2〉 X선 회절 분석 장비 (X-ray Diffractometer) 101

〈그림 2.2.3〉 X선 광전자 분광기(X-ray Photoelectron Spectrometer) 102

〈그림 2.2.4〉 적외선 분광기(Infrared Spectrometer) 103

〈그림 2.2.5〉 자외선-가시광선 분광기(Ultraviolet-Visible Spectrometer) 104

〈그림 2.2.6〉 기체크로마토그래피 장비 (Gas Chromatograph) 105

〈그림 2.2.7〉 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope) 106

〈그림 2.2.8〉 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope) 107

〈그림 2.2.9〉 원자간 힘 현미경(Atomic Force Microscope) 108

〈그림 2.2.10〉 표면적, 기공크기 및 기공부피 측정 장비 (Surface area & porosimetry analyzer) 109

〈그림 2.2.11〉 분말 10 g 수준의 PDMS를 이용한 건식 초발수 모식도. 111

〈그림 2.2.12〉 발수 코팅된 분말을 에폭시로 슬라이드 글라스 위에 고정시켜 박막형태로 만든 후 물접촉각, 내구성 등을 연구하기 편하게 함. 112

〈그림 2.2.13〉 발수코팅 된 니켈 입자를 에폭시 표면위에 부착시킨 후 얻은 주사전자현미경... 113

〈그림 2.2.14〉 PDMS 코팅을 이용한 초발수 표면 구현. 115

〈그림 2.2.15〉 초발수 표면의 산, 염기에 대한 안정성 확인. 115

〈그림 2.2.16〉 UV 아래서 PDMS 코팅과 스테아린산 코팅의 안정성 확인. 117

〈그림 2.2.17〉 X-선 광전자 분광법 (XPS)을 통한 PDMS 코팅의 확인. 118

〈그림 2.2.18〉 초발수 코팅된 니켈 가루를 이용한 톨루엔의 선택적 제거. 119

〈그림 2.2.19〉 발수 코팅된 activated carbon fiber를 이용한 기름의 선택적 제거. 120

〈그림 2.2.20〉 초발수 코팅된 니켈 가루를 이용한 기름의 선택적 제거. 121

〈그림 2.2.21〉 ZnO 나노입자 위에 PDMS 코팅한 뒤에 얻은 투과전자현미경(Transmission Electron Microscopy, TEM) 사진. 122

〈그림 2.2.22〉 PDMS/ZnO의 FT-IR 분석 결과. 123

〈그림 2.2.23〉 PDMS/ZnO의 X-선 광전자분광법 분석 결과. 124

〈그림 2.2.24〉 UV에 노출 시 ZnO 표면 위 발수층의 안정성. 125

〈그림 2.2.25〉 UV에 노출 시 ZnO 표면 위 발수 코팅의 안정성. 126

〈그림 2.2.26〉 발수 코팅에 의한 ZnO의 광촉매활성 억제와 관련된 데이터. 128

〈그림 2.2.27〉 발수코팅에 의한 ZnO의 광가수분해 억제 (X-선 회절법 데이터). 129

〈그림 2.2.28〉 PDMS/TiO₂FT-IR 결과. 130

〈그림 2.2.29〉 PDMS/TiO₂XPS 결과. 131

〈그림 2.2.30〉 PDMS 코팅된 P-25 TiO₂분말을 표면위에 에폭시로 고정시킨 뒤 얻은 SEM 사진들. 132

〈그림 2.2.31〉 고에너지 전자빔에 의한 TiO₂위의 발수코팅의 분해. 133

〈그림 2.2.32〉 UV 빛에 의한 TiO₂위의 발수코팅의 분해. 134

〈그림 2.2.33〉 UV에 쪼였을 때 P-25 TiO₂표면에 코팅된 발수층의 분해. 135

〈그림 2.2.34〉 발수 코팅에 의한 P-25 TiO₂의 광촉매활성 억제효과. 137

〈그림 2.2.35〉 스테아린산(Stearic acid)과 PDMS 코팅의 해수에서의 안정성 테스트 결과. 138

〈그림 2.3.1〉 탄소나노튜브의 유류겔화실험 결과. 140

〈그림 2.3.2〉 활성탄의 유류겔화 실험. 140

〈그림 2.3.3〉 나노실리카의 유류겔화 실험. 141

〈그림 2.3.4〉 다공성 실리카의 유류겔화 실험. 141

〈그림 2.3.5〉 TiO₂의 유류겔화 실험. 141

〈그림 2.3.6〉 PDMS 코팅하지 않은 다양한 재료의 유류에 의한 weight gain. 143

〈그림 2.3.7〉 교반 없이 PDMS 코팅을 시도한 실험 144

〈그림 2.3.3〉 경화제를 사용하지 않고 구리-아연 합금 반응기를 통한 PDMS 코팅실험. 145

〈그림 2.3.9〉 구리-아연 반응기를 이용하여 초발수 코팅된 TiO₂ 146

〈그림 2.3.10〉 구리-아연 반응기를 이용해 초발수 코팅된 P-25 TiO₂가 물위에 떠 있는 모습. 147

〈그림 2.3.11〉 활성탄을 이용한 유류겔화 실험. 149

〈그림 2.3.12〉 PDMS 코팅된 활성탄의 유류겔화 실험. 149

〈그림 2.3.13〉 PDMS 코팅 유무에 따른 활성탄의 수용액에서의 유류겔화 사진. 150

〈그림 2.3.14〉 발수코팅을 한 나노 실리카가 물위에 떠있는 모습. 151

〈그림 2.3.15〉 PDMS를 코팅 한 나노 실리카 (입자크기 12 ㎚) 의 유류 겔화 실험. 152

〈그림 2.3.16〉 PDMS로 발수코팅 된 TiO₂나노입자가 완전히 수면위에 떠있는 모습. 153

〈그림 2.3.17〉 반응기 내 위치에 따른 PDMS 코팅정도 비교 154

〈그림 2.3.18〉 PDMS 코팅 전후 TiO₂의 유류겔화 실험 155

〈그림 2.3.19〉 반응기 전체의 TiO₂의 균일한 PDMS 코팅 모습 156

〈그림 2.3.20〉 평균 12 ㎚ 크기의 실리카 나노입자(알드리치 구입)를 구리-아연 반응기에서 발수코팅 한 후 코팅이 잘 되었음을 확인한 실험 결과. 157

〈그림 2.3.21〉 PDMS 코팅된 실리카 나노입자의 유류겔화 실험 158

〈그림 2.3.22〉 PDMS/nano silica 분말을 이용한 기름제거. 159

〈그림 2.3.23〉 PDMS 코팅된 소재들의 혼합에 따른 유류겔화 실험 160

〈그림 2.3.24〉 실리카 나노입자의 PDMS 코팅 조건 변화에 따른 발수 결과 161

〈그림 2.3.25〉 한화나노텍에서 구입한 다중벽 탄소나노튜브의 발수코팅 전후 비교. 162

〈그림 2.4.1〉 이전에 발수 코팅에 사용하였던 반응기의 크기와 새로운 반응기의 크기 비교. 163

〈그림 2.4.2〉 코팅된 TiO₂를 물위에 뿌린 후 얻은 사진들. 164

〈그림 2.4.3〉 코팅된 TiO₂를 물위에 뿌린 후 얻은 사진들. 165

〈그림 2.4.4〉 반응기의 옆면까지 가열하여 코팅시 반응기의 온도를 270 ℃ 까지 올리고 코팅한 결과. 166

〈그림 2.4.5〉 PDMS/TiO₂분말을 이용한 기름제거. 167

〈그림 2.4.6〉 원심분리기를 이용하여 P-25 TiO₂분말을 기름에서 분리하는 실험 결과. 168

〈그림 2.4.7〉 물, 기름과 TiO₂분말을 섞은 뒤에 얻은 결과물의 사진이 위에 나타나 있으며 아래는 위의 혼합물을 원심 분리한 후 얻은 결과. 170

〈그림 2.4.8〉 겔화된 기름/분말 에서 에탄올을 이용하여 발수코팅된 분말만 추출하는 실험. 171

〈그림 2.4.9〉 반응기를 두 단을 쌓아 분말을 코팅한 결과. 172

〈그림 2.4.10〉 발수코팅 시 mesh 형태의 분리막을 사용한 결과. 173

〈그림 2.4.11〉 Mesh형태의 분리막 사진 및 규격. 174

〈그림 2.4.12〉 분리막을 이용하여 회수율을 증가시킨 증착장치. 175

〈그림 2.4.13〉 나노 분말과 PDMS 사이에 자체 제작한 mesh 형태의 분리막을 이용한 대용량 코팅. 176

〈그림 2.4.14〉 PDMS와 섞이는 부분없이 균일하게 코팅된 나노 실리카. 177

〈그림 2.4.15〉 〈그림 2.4.14〉에서 얻은 발수코팅 된 실리카 나노입자를 기름과 물 혼합물에 넣은 후 얻은 사진. 178

〈그림 2.4.16〉 〈그림 2.4.14〉에서 얻은 발수코팅 된 실리카 나노입자를 기름에 섞어 겔화시킨 뒤 얻은 결과. 179

〈그림 2.4.17〉 실리카 나노입자 (〉20 ㎚)를 발수 코팅한 결과. 180

〈그림 2.4.18〉 〈그림 2.4.16〉에서 얻은 시료를 이용하여 로터리 펌프기름을 겔화시킨 뒤 얻은 사진 181

〈그림 2.4.19〉 〈그림 2.4.12〉의 장치 10개를 한꺼번에 가동할 수 있는 장치. 182

〈그림 2.4.20〉 발수코팅 실시예의 모식도 및 실험 조건. 184

〈그림 2.4.21〉 발수코팅하기 전의 실제 사진. 185

〈그림 2.4.22〉 발수코팅 과정 중에 있는 실제 사진. 185

〈그림 2.4.23〉 발수코팅 한 이후 나노실리카와 PDMS의 모습. 186

〈그림 2.4.24〉 발수코팅 한 나노실리카의 발수성 확인. 187

〈그림 2.4.25〉 반응기 2개를 이용한 발수코팅 실시예의 모식도. 188

〈그림 2.4.26〉 2개 코팅 반응기를 이용한 발수코팅 하고 있는 실제 사진. 189

〈그림 2.4.27〉 발수코팅 끝난 후의 PDMS의 모습. 189

〈그림 2.4.28〉 밀봉조건(P.I tape)에서의 발수코팅 실시 예의 모식도. 191

〈그림 2.4.29〉 밀봉조건(P.I tape)에서의 발수코팅이 끝난 후 PDMS의 형태. 192

〈그림 2.4.30〉 5개 층을 분리하여 발수코팅 된 실리카의 발수성 확인. 193

〈그림 2.4.31〉 다공성 실리카의 발수코팅 실시예의 모식도. 194

〈그림 2.4.32〉 밀봉조건(P.I tape)에서의 다공성 실리카를 이용한 발수코팅 실시예의 모식도. 195

〈그림 2.4.33〉 10L 겉보기부피 분말의 코팅이 가능한 반응기 제작 도면. 197

〈그림 2.4.34〉 10L 겉보기부피 코팅이 가능한 반응기 실제사진. 197

〈그림 2.4.35〉 10L 겉보기부피 반응기에서의 발수코팅 실시예의 모식도. 199

〈그림 2.4.36〉 10L 겉보기부피 반응기를 이용하여 발수코팅 된 실리카의 발수성 확인. 199

〈그림 2.4.37〉 다공성 실리카(430g)를 이용한 발수코팅 실시예의 모식도. 200

〈그림 2.4.38〉 발수코팅확인 결과. 201

〈그림 2.4.39〉 다공성 실리카(1㎏)을 이용한 발수코팅 실시예의 모식도. 202

〈그림 2.4.40〉 다공성 실리카의 발수코팅 확인결과. 203

〈그림 2.4.41〉 다공성실리카(1㎏)을 이용한 발수코팅 실시예의 모식도. 204

〈그림 2.4.42〉 다공성 실리카의 발수코팅 확인결과. 205

〈그림 2.4.43〉 다공성 실리카(1.8㎏)을 이용한 발수코팅 실시예의 모식도. 206

〈그림 2.4.44〉 반응기의 위치별 다공성 실리카의 발수코팅 확인결과. 207

〈그림 2.4.45〉 발수코팅 된 다공성 실리카의 물접촉각 결과. 208

〈그림 2.4.46〉 각각 10L씩 코팅된 나노실리카와 다공성 실리카. 208

〈그림 2.4.47〉 새로 제작한 대용량 사이즈의 반응기 재질 및 설계도면. 209

〈그림 2.4.48〉 대용량 사이즈의 반응기 뚜껑부분과 본체부분의 도면. 210

〈그림 2.4.49〉 대용량 사이즈로 제작된 반응기의 실제 사진. 211

〈그림 2.4.50〉 대용량 사이즈로 제작된 반응기의 실제 사진. 212

〈그림 2.4.51〉 대용량 사이즈로 제작된 반응기의 실제 사진. 212

〈그림 2.5.1〉 PDMS코팅을 위한 반응기의 설치 형태 214

〈그림 2.5.2〉 PDMS 코팅한 나노실리카의 증류수 분산 형태와 물 접촉각 214

〈그림 2.5.3〉 PDMS 코팅된 나노실리카의 산·염기에서의 안정성 테스트 진행 결과 215

〈그림 2.5.4〉 PDMS 코팅하지 않은 나노실리카의 FT-IR 결과 217

〈그림 2.5.5〉 PDMS 코팅된 나노실리카의 FT-IR 결과 217

〈그림 2.5.6〉 알드리치 나노실리카를 이용한 PDMS 코팅 (a)전, (b)후의 SEM 이미지 218

〈그림 2.5.7〉 씨앤비젼 나노실리카를 이용한 PDMS 코팅 (a) 전, (b) 후의 SEM 이미지 218

〈그림 2.5.8〉 Weight gain을 측정하는 방법의 모식도 219

〈그림 2.5.9〉 10g의 로타리 펌프 오일에 0.51g의 PDMS가 코팅된 나노실리카를 넣은 후 weight gain 측정한 실제사진 221

〈그림 2.5.10〉 10g의 로타리 펌프 오일에 0.61g의 PDMS가 코팅된 나노실리카를 넣은 후 weight gain 측정한 실제사진 221

〈그림 2.5.11〉 10g의 로타리 펌프 오일에 0.71g의 PDMS가 코팅된 나노실리카를 넣은 후 weight gain 측정한 실제사진 222

〈그림 2.5.12〉 10g의 로타리 펌프 오일에 0.81g의 PDMS가 코팅된 나노실리카를 넣은 후 weight gain 측정한 실제사진 222

〈그림 2.5.13〉 PDMS 코팅한 나노실리카의 weight gain 측정 결과 223

〈그림 2.5.14〉 PDMS 코팅한 나노실리카의 weight gain 측정 결과2 (세분화) 224

〈그림 2.5.15〉 실리콘 오일과 참기름에 대하여 10여 g을 측정한 실제 사진. 226

〈그림 2.5.16〉 겔화된 실리콘 오일과 겔화된 참기름에 대한 실제사진 226

〈그림 2.5.17〉 겔화된 경유와 겔화된 휘발유에 대한 실제사진 227

〈그림 2.5.18〉 다양한 종류의 오일에 따른 발수코팅된 나노실리카의 weight gain 측정값 228

〈그림 2.5.19〉 PDMS로 코팅된 나노실리카의 흡유 메카니즘 229

〈그림 2.5.20〉 7일 이상 안정적으로 떠있는 겔의 실제모습 230

〈그림 2.6.1〉 메조 포러스 실리카의 합성 메카니즘과 순서도 232

〈그림 2.6.2〉 마크로 포러스 실리카의 합성 메카니즘과 순서도 233

〈그림 2.6.3〉 메조/마크로 포러스 실리카의 합성 메카니즘과 순서도 234

〈그림 2.6.4〉 PDMS 코팅을 위한 반응기의 설치 형태 235

〈그림 2.6.5〉 PDMS코팅된 다공성 실리카의 증류수 분산형태와 물 접촉각 236

〈그림 2.6.6〉 PDMS로 코팅한 메조 포러스 실리카의 SEM 이미지 237

〈그림 2.6.7〉 PDMS로 코팅한 마크로 포러스 실리카의 SEM 이미지 238

〈그림 2.6.8〉 PDMS로 코팅한 메조/마크로 포러스 실리카의 SEM 이미지 238

〈그림 2.6.9〉 PDMS로 코팅한 메조 포러스 실리카의 TEM 이미지 239

〈그림 2.6.10〉 PDMS로 코팅한 마크로 포러스 실리카의 TEM 이미지 240

〈그림 2.6.11〉 PDMS로 코팅한 메조/마크로 포러스 실리카의 TEM 이미지 240

〈그림 2.6.12〉 메조/마크로 포러스 실리카의 코팅 전·후에 대한 FT-IR 결과 241

〈그림 2.6.13〉 메조 포러스 실리카의 코팅 후에 대한 FT-IR 결과 242

〈그림 2.6.14〉 마크로 포러스 실리카의 코팅 후에 대한 FT-IR 결과 242

〈그림 2.6.15〉 PDMS로 코팅된 메조 포러스 실리카의 (a) BET (b) BJH 결과 243

〈그림 2.6.16〉 PDMS로 코팅된 마크로 포러스 실리카의 (a) BET (b) BJH 결과 244

〈그림 2.6.17〉 PDMS로 코팅된 메조/마크로 포러스 실리카의 (a) BET (b) BJH 결과 244

〈그림 2.6.18〉 각 실리카에 대한 기공도 측정 결과 246

〈그림 2.6.19〉 PDMS로 코팅된 메조 포러스 실리카의 Weight gain 측정 247

〈그림 2.6.20〉 PDMS로 코팅된 마크로 포러스 실리카의 Weight gain 측정 248

〈그림 2.6.21〉 PDMS로 코팅된 메조/마크로 포러스 실리카의 Weight gain 측정 249

〈그림 2.6.22〉 오일로 오염된 상황을 조성한 오일제거 실험 비디오 스냅샷 1 251

〈그림 2.6.23〉 오일로 오염된 상황을 조성한 오일제거 실험 비디오 스냅샷 2 252

〈그림 2.6.24〉 직접 제작한 원통형 컬럼의 형태 253

〈그림 2.6.25〉 메틸렌블루와 오일이 동시에 제거되어 정화된 증류수 254

〈그림 2.6.26〉 직접제작한 원통형 컬럼을 이용한 수질정화 실험의 비디오 스냅샷 255

〈그림 2.6.27〉 다공성 실리카를 이용한 weight gain 측정방법 256

〈그림 2.6.28〉 다공성 실리카의 weight gain 측정 결과 257

〈그림 2.6.29〉 5일 동안 진행한 오일 흡유능력과 다공성 실리카의 유실여부 확인 259

〈그림 2.6.30〉 5일동안 진행한 흡유능력 테스트 후 다공성 실리카의 실제 모습 260

〈그림 2.6.31〉 5일동안 오일과 증류수 혼합용액이 컬럼을 통과한 후 비커에 받아진 실제 모습 260

〈그림 2.6.32〉 PDMS가 코팅된 다공성 실리카와 순수한 다공성 실리카의 비율에 따른 오일 흡유능력 테스트 261

〈그림 2.6.33〉 PDMS가 코팅된 다공성 실리카와 순수한 다공성 실리카의 비율별 오일의 컬럼 통과 시간 262

〈그림 2.6.34〉 PDMS가 코팅된 다공성 실리카와 순수한 다공성 실리카의 비율별 증류수의 컬럼 통과 시간 263

〈그림 2.7.1〉 유류제거 장치와 본 장치를 사용하여 유류를 제거하는 개략도 264

〈그림 2.7.2〉 〈그림 2.7.1〉의 도면에 따라 실제 유류제거 장치를 제조한 사진 265

〈그림 2.7.3〉 유성물감을 섞어 색을 낸 오일과 물의 혼합물로 만든 모의하수 266

〈그림 2.7.4〉 다공성 실리카 120g을 넣어주고 모의하수를 부어준 모습 266

〈그림 2.7.5〉 물과 오일의 혼합액이 컬럼을 통과하여 오일만 선택적으로 제거되는 모습 267

〈그림 2.7.6〉 컬럼을 통과하여 나오는 물과 오일의 시간에 따른 양 268

〈그림 2.7.7〉 물이 전혀 통과하지 못하는 소수성 입자 층의 모습 270

〈그림 2.7.8〉 유성물감으로 색을 낸 오일과 물을 혼합한 모의 하수 271

〈그림 2.7.9〉 친수 입자와 발수 코팅된 입자를 2:1의 비율로 혼합하여 골고루 섞어 컬럼 내부에 위치시킨 뒤 모의 하수를 부어준 모습 271

〈그림 2.7.10〉 3일이 경과하자 유류제거 장치 하단에 발견된 오일 272

〈그림 2.7.11〉 인조규사를 친수성 층으로 사용한 유류제거 장치의 모습 273

〈그림 2.7.12〉 소수성 코팅법을 인조규사에 적용한 형태 275

〈그림 2.7.13〉 물에 가라앉은 일반 인조규사와 물에 떠있는 소수성으로 코팅된 인조규사의 비교 모습 275

〈그림 2.7.14〉 물이 전혀 통과하지 못하는 소수성 코팅된 인조규사 입자 층 276

〈그림 2.7.15〉 소수성 코팅된 인조규사의 weight gain 측정 277

〈그림 2.7.16〉 친수성 층과 분리되어 설치된 인조규사 주머니 279

〈그림 2.7.17〉 컬럼을 통과한 후 오일이 제거된 하수 280

〈그림 2.7.18〉 컬럼 위쪽에 바로 인조규사를 위치시켜 컬럼 테스트를 한 후 인조규사 주머니의 형태 281

〈그림 2.7.19〉 인조규사 주머니에 닿지 못하는 오일층의 모습 283

〈그림 2.7.20〉 컬럼의 뚜껑 제거(a), 분리막을 추가하여 소수성 층과 친수성 층이 맞닿도록 설치(b)한 형태 284

〈그림 2.7.21〉 오일이 전부 제거된 유류제거장치의 모습 285

〈그림 2.7.22〉 금속 분리막을 이용한 소수성 흡유 카트리지 형태 286

〈그림 2.7.23〉 코팅하지 않은 인조규사와 코팅한 인조규사의 혼합물을 이용한 흡유층의 모습 288

〈그림 2.7.24〉 오일을 제거하는 유류제거 장치 289

〈그림 2.7.25〉 오일을 흡수한 뒤의 인조규사 모습 290

〈그림 2.8.1〉 PDMS가 코팅된 산화철(Fe₂O₃)의 초소수성 확인. 291

〈그림 2.8.2〉 PDMS가 코팅된 산화철과 자석을 이용한 오일의 선택적 제거. 292

〈그림 2.8.3〉 발수코팅 된 나노실리카를 이용한 투명한 초발수 박막 제조방법의 모식도. 293

〈그림 2.8.4〉 투명하고 초발수 현상을 보이는 유리 및 유연한 PDMS 탄성체. 물접촉각 295

〈그림 2.8.5〉 유리위에 발수 처리된 실리카 나노입자(12 ㎚ 입자크기)의 SEM 이미지들. 296

〈그림 2.8.6〉 Atomic Force Microscopy를 이용한 표면의 모습 297

〈그림 2.8.7〉 〈그림 2.8.4〉의 시료들의 빛 투과도 결과. 298

〈그림 2.8.8〉 자가 세정 현상 299

〈그림 2.3.9〉 유연한 표면위에 초발수 코팅이 된 투명한 재료. 300

〈그림 2.8.10〉 소수성 코팅 반응기의 모식도 302

〈그림 2.8.11〉 코팅 전(a), 후(b)의 다중벽 탄소 나노 튜브 입자 303

〈그림 2.8.12〉 발수 코팅하지 않은 탄소나노튜브와 발수코팅한 탄소나노튜브를 펠렛 제조하여 물 접촉각 측정 304

〈그림 2.8.13〉 적외선 분광기를 사용하여 발수코팅 전과 후 다중벽 탄소나노튜브 구조를 분석한 결과 306

〈그림 2.8.14〉 광전자 분광기를 사용하여 발수코팅 전과 후 다중벽 탄소나노튜브 구조의 분석한 결과 307

〈그림 2.8.15〉 다중벽 탄소 나노튜브의 소수성 코팅 전(a), (c), 후(b), (d)의 SEM 사진 308

〈그림 2.8.16〉 다중벽 탄소 나노 튜브 입자의 펠렛 면저항 309

〈그림 2.8.17〉 소수성 표면처리 전(a), 후(b)의 TEM 사진 310

〈그림 2.8.18〉 다중벽 탄소 나노 튜브 입자를 분산시킨 용액들 311

〈그림 2.8.19〉 용매별 분산 후 흡광도 측정 결과 313

〈그림 2.8.20〉 전도성이 있는 투명한 초발수 표면을 제작하는 전체 실험과정의 간단한 모식도 314

〈그림 2.8.21〉 다양하게 처리된 유리 기판 위에 탄소 나노 튜브 입자를 이용하여 코팅한 사진 315

〈그림 2.8.22〉 탄소나노입자를 이용하여 표면 코팅된 기판의 TEM 이미지 316

〈그림 2.8.23〉 초발수 코팅된 탄소나노튜브로 제작한 기판의 코팅액 Drop 양을 조절하여 제작한 기판들의 사진과 물 접촉각 측정 사진 317

〈그림 2.8.24〉 초발수 코팅된 탄소나노튜브로 제작한 기판의 코팅액 Drop양에 따른 투과도(a)와 면저항과 투과도를 함께 나타낸 그래프 319

〈그림 2.8.25〉 자외선에 노출된 시간에 따른 초발수 코팅된 탄소나노튜브로 이루어진 박막의 물 접촉각 측정 결과 320

〈그림 2.8.26〉 유연성이 있는 기판에 초발수/전도성 코팅의 응용 321

〈그림 2.8.27〉 실리카 나노 입자에 적용된 소수성 코팅 모식도 323

〈그림 2.8.28〉 발수코팅된 실리카의 스프레이 코팅 횟수에 따른 종이의 발수성 정도 확인을 위한 물 접촉각 측정결과 324

〈그림 2.8.29〉 유리 기판에 발수코팅된 스프레이를 이용한 소수성 코팅 325

〈그림 2.8.30〉 발수코팅 스프레이 코팅 횟수 증가에 따른 유리 기판의 발수성 327

〈그림 2.8.31〉 일상에서 사용되는 물건들에 적용된 초발수 코팅 328

〈그림 2.8.32〉 스프레이 접착제를 이용한 안정성 높은 초발수 스프레이 코팅 330

〈그림 2.8.33〉 발수코팅 스프레이의 분사 횟수에 따른 표면의 물 접촉각 331

〈그림 2.8.34〉 스프레이 코팅의 물리적 마찰에 대한 안정성 실험 332

〈그림 2.8.35〉 초산비닐수지 접착제와 직접 혼합한 초발수액의 제조 333

〈그림 2.8.36〉 스프레이 발수코팅 분사 횟수에 따른 표면의 물 접촉각 334

〈그림 2.8.37〉 스프레이에 발수코팅된 표면의 물리적 마찰에 대한 안정성 실험 335

〈그림 2.8.38〉 에폭시 접착제와 직접 혼합한 초발수액 제조 337

〈그림 2.8.39〉 혼합 비율에 따라 제작된 표면의 발수성 338

〈그림 2.9.1〉 2013 워터 코리아 현장 전시 형태 모습 339

〈그림 2.9.2〉 2013 친환경대전 현장 전시 형태 모습 340

〈그림 2.9.3〉 2014 워터 코리아 현장 전시 형태 모습 341

〈그림 2.10.1〉 TEOS를 전구체 물질로 활용하여 실리카 나노 분말을 제조하는 공정도 342

〈그림 2.10.2〉 TEOS를 전구체 물질로 활용하여 제조된 실리카 나노 분말의 주사전자현미경 이미지 및 입도 분포 그래프 342

〈그림 2.10.3〉 (a) 메조-매크로 기공 입자의 SEM 이미지 및 (b) TEM 이미지와 (c) 확대된 TEM 이미지 (동일한 입자의 일부분을 확대한 것) 343

〈그림 2.10.4〉 메조-매크로 기공 입자의 (a) 입도 분포, (b) 열분석 결과, (c) 질소 흡탈착 곡선, (d) 기공 크기 분포 그래프 343

〈그림 2.10.5〉 각각의 다공성 실리카 나노입자의 투과전자현미경 이미지 344

〈그림 2.10.6〉 메조 포러스 실리카, 매크로 포러스 실리카, 메조-매크로 포러스 실리카-벙커B유의 유류 흡착 344

〈그림 2.10.7〉 PDMS 표면처리 된 메조 포러스, 매크로 포러스, 메조-매크로 포러스 실리카-벙커B유의 유류 흡착 344

〈그림 2.10.8〉 실리카 나노입자 표면처리 개념도 345

〈그림 2.10.9〉 Ni-다공성 실리카 나노입자의 TEM 이미지 및 성분 분석 345

〈그림 2.10.10〉 표면처리 및 자성체를 이용한 유류제거 345

〈그림 2.10.11〉 다양한 표면 특성을 가진 실리카를 PDMS로 표면처리한 후 유류 겔화 정도를 측정한 결과 346

〈그림 2.10.12〉 실리카 나노입자 표면에 형성된 CNT의 TEM 이미지 346

〈그림 2.10.13〉 합성 및 표면처리 실리카의 오일 겔화 정량 346

〈그림 2.10.14〉 Ni 및 탄소나노튜브를 이용한 초미세 나노 실리카 나노입자 표면처리 모식도 347

〈그림 2.10.15〉 순수 나노, 니켈 하이브리드, CNT 하이브리드 실리카-벙커B유의 유류 흡착 347

〈그림 2.10.16〉 각각의 실리카 나노입자의 BET 특성 348

〈그림 2.10.17〉 PDMS 표면처리 된 순수 나노, 니켈 하이브리드, CNT 하이브리드 실리카-벙커B유의 유류 흡착 348

〈그림 2.10.18〉 벙커B유(10㎖)-나노 실리카 입자(5g) 겔화 특성 349

〈그림 2.10.19〉 금속 망을 이용한 바닷물로부터 실리카-유류 겔 수거 349

〈그림 2.10.20〉 (a) 활성탄섬유, (b) 실리카 나노입자 및 (c) 벙커유 흡착을 위한 필터링 장치 350

〈그림 2.10.21〉 두 장의 활성탄섬유 적층 필터를 이용한 벙커유 필터 350

〈그림 2.10.22〉 PDMS 코팅된 실리카 나노입자를 포함한 활성탄섬유 적층 필터 및 이를 이용한 벙커유 필터 351

〈그림 2.10.23〉 실리카 나노입자를 포함한 PDMS가 코팅된 활성탄섬유 적층 필터 및 이를 이용한 벙커유 필터 351