[그림 1-1] 미세먼지 및 초미세먼지의 성분 구성 25

[그림 2-1] 광촉매 효과가 나타나는 산화물 종류 32

[그림 2-2] 광촉매(photocatalysts)의 원리 37

[그림 2-3] Butyraldehyde의 광촉매 산화 반응 경로 44

[그림 2-4] 질소산화물 반응 체계 45

[그림 2-5] 광촉매 평가 장치 모식도 47

[그림 3-1] 광촉매 대기정화 및 미세먼지 제거 메커니즘 63

[그림 3-2] 국내 광촉매 소재 시장규모 68

[그림 3-3] 세계 광촉매 소재 시장규모 69

[그림 3-4] 2005년 일본의 광촉매 적용 분야별 시장규모 71

[그림 3-5] 일본의 광촉매 응용 제품 시장규모 72

[그림 3-6] 일본 광촉매 재료의 시장규모 추이 73

[그림 3-7] 광촉매 제품의 용도별 일본업체 분포 74

[그림 3-8] 미국 친환경 건설자재 시장전망 74

[그림 3-9] 광촉매식 공기청정기 구성도 79

[그림 3-10] 광촉매 환경부문 3대 적용 분야에 대한 글로벌 특허출원 현황 83

[그림 3-11] 국가별 연구 집중 분야 84

[그림 3-12] 광촉매 3대 적용 분야에 대한 글로벌 연구 경쟁력 85

[그림 3-13] 대기 중 공기 정화 분야의 글로벌 특허출원 현황 86

[그림 3-14] 대기 중 공기 정화 분야에 대한 연구 경쟁력 88

[그림 3-15] 대기 중 공기 정화 분야에 대한 주요출원인 동향 88

[그림 3-16] 대기 중 공기 정화 분야에 대한 주요 연구토픽 90

[그림 3-17] 실내공기 정화 분야에 대한 글로벌 특허출원 동향 91

[그림 3-18] 실내공기 정화 분야에 대한 연구 경쟁력 93

[그림 3-19] 실내공기 정화 분야에 대한 주요출원인 동향 93

[그림 3-20] 실내공기 정화 분야에 대한 주요 연구토픽 94

[그림 3-21] 수질 정화 분야에 대한 글로벌 특허출원 동향 96

[그림 3-22] 실내 공기 정화 분야에 대한 연구 경쟁력 98

[그림 3-23] 수질 정화 분야에 대한 주요출원인 동향 98

[그림 3-24] 수질 정화 분야에 대한 주요 연구토픽 99

[그림 3-25] 광촉매 적용 친환경 도로포장 시험시공 102

[그림 3-26] 광촉매 적용 건물 외벽 시험시공 103

[그림 3-27] 광촉매 보도블럭 104

[그림 3-28] 광촉매 적용 바닥 도포 105

[그림 3-29] 광촉매 코팅재 적용 기타 사례 106

[그림 3-30] 광촉매 적용 기타 사례 106

[그림 3-31] 스프레이 분사 방식을 통한 도로 광촉매 코팅 107

[그림 3-32] 미국 시카고 친환경 도로 및 인도 시공 사진 108

[그림 3-33] 일본 도로시설물 광촉매 코팅기술 적용 사례 108

[그림 3-34] 일본 도로시설물 광촉매 제품 적용 사례 109

[그림 3-35] 프랑스 건축용 외자재 광촉매 제품 건물 적용 109

[그림 3-36] 건축용 외자재 광촉매 제품 외벽 적용 110

[그림 3-37] 벨기에, 미국 건축용 외자재 광촉매 제품 적용 111

[그림 3-38] 일본 광촉매 외벽 적용 사례 111

[그림 3-39] 표면의 광촉매 코팅한 광촉매 포장 블록 112

[그림 3-40] 광촉매 보도블록 적용 사례 113

[그림 3-41] 일본의 살균탈취기, 식기 제품 광촉매 적용 사례 113

[그림 3-42] 일본의 유리창, 지붕 광촉매 적용 사례 114

[그림 4-1] 표준의 체계 121

[그림 4-2] ISO 22197 평가방법 실험 장치 125

[그림 4-3] 광반응기의 cross-sectional view 125

[그림 4-4] 광촉매 반응에 따른 NOx 농도 변화 127

[그림 4-5] ISO 17168 평가방법 실험 장치 131

[그림 4-6] 광촉매 반응에 의한 NOx 농도 변화(ISO 17168-1) 133

[그림 4-7] Gas mixture preparation system 134

[그림 4-8] Illumination, reaction and measuring system 135

[그림 4-9] Top view of the CSTR reaction chamber 136

[그림 4-10] Side view(back of fan side) of the CSTR reactor 137

[그림 4-11] Side view(fan front side) of the CSTR reactor 137

[그림 4-12] CEN 규격 광촉매 시험에서 NO, NO₂ 및 NOx 농도의 일반적인 경향 144

[그림 4-13] 물질 전달 조건 제어를 위한 시험 예시 145

[그림 4-14] 광촉매 물질에 의한 오염물질(NO) 저감 모식도 148

[그림 4-15] 벨기에 Antwerp의 광촉매 포장 블록 150

[그림 4-16] 벨기에 Antwerp지역의 광촉매 보도블록 포장 후 NOx 농도 151

[그림 4-17] 벨기에 Wijnegem의 광촉매 콘크리트 포장 현장 측정 152

[그림 4-18] 광촉매 콘크리트 포장 5개월 후 point 1에서의 NOx 농도 변화 152

[그림 4-19] 광촉매 콘크리트 포장 5개월 후 point 2에서의 NOx 농도 변화 153

[그림 4-20] 광촉매 콘크리트 포장 17개월 후 point 3에서의 NOx 농도 변화 153

[그림 4-21] 미국 LSU TiO₂ 광촉매 코팅 적용 지역과 대기 sampling을 위한 pipe 설치 154

[그림 4-22] 콘크리트에 광촉매 포장 155

[그림 4-23] 기상 측정용 station 및 차량 통행량 측정 155

[그림 4-24] 미국 LSU 아스팔트 test site에서의 TiO₂ 코팅 전,후의 NOx 농도 변화 156

[그림 4-25] 광촉매 포장지역에서의 질산염 sampling 156

[그림 4-26] 미국 LSU 콘크리트 test site에서의 일간 총 NOx 저감량 157

[그림 4-27] 미국 LSU 콘크리트 test site에서의 교통량에 따른 평균 NOx 저감량 변화 157

[그림 4-28] 미국 LSU 콘크리트 test site에서의 상대습도에 따른 평균 NOx 저감량 변화 158

[그림 4-29] 미국 LSU 콘크리트 test site에서 태양광 조도에 따른 평균 NOx 저감량 변화 158

[그림 4-30] 태양광 조도 변화에 따른 일간 평균 NOx 저감량 변화 159

[그림 4-31] 미국 LSU 콘크리트 test site에서의 풍속에 따른 평균 NOx 저감량 변화 159

[그림 4-32] 미국 LSU 콘크리트 test site에서의 풍향에 따른 평균 NOx 저감량 변화 160

[그림 4-33] 7일간의 질산염 농도(mg/l)(간접측정법) 160

[그림 4-34] 질산염으로부터 제거된 NO의 양 계산 161

[그림 4-35] 미국 Missouri 지역 test site 모식도 161

[그림 4-36] 미국 Missouri 지역 test site의 데이터 수집 위치 162

[그림 4-37] Concrete barrier에 설치된 passive sampler 162

[그림 4-38] 광촉매 포장, 비포장 지역 12inch 높이에서의 NOx 및 NO 농도 163

[그림 4-39] 광촉매 포장, 비포장 지역 40inch 높이에서의 NOx 및 NO 농도 164

[그림 4-40] Coupon sample와 Coupon 설치 위치 165

[그림 4-41] 광촉매 coupon의 NO oxidation rate 166

[그림 4-42] 벨기에 Antwerp의 ISO 22197-1:2007에 따른 성능평가 166

[그림 4-43] 벨기에 Antwerp의 표면세척 전·후의 광촉매 보도블록에서의 NOx 저감 효율 167

[그림 4-44] 5년 경과 후 벨기에 Antwerp 광촉매 포장 블록 세척 전의 성능 평가 167

[그림 4-45] 에폭시와 골재를 결합하는 기존의 표면 처리 방법 168

[그림 4-46] TiO₂ 적용 변형 골재 (좌) 코팅 방법 (우) 필링 방법 168

[그림 4-47] 테스트 구역 (좌) 아스팔트 포장 전 (가운데) 포장 (우) 압축 169

[그림 4-48] NOx 저감 효율 평가 장치 및 시험편 169

[그림 4-49] 내구성 평가를 위한 실험 장치 170

[그림 4-50] 내구성 평가 실험 전, 후의 NO 저감률 170

[그림 4-51] NO 저감 효과 측정을 위한 실험 반응기 171

[그림 4-52] 흰색 픽셀 퍼센트 분석 방법을 위한 사진 172

[그림 4-53] 제품에 따른 NO 저감률과 제품에 따른 흰색 픽셀 비율 173

[그림 4-54] 제품에 따른 메인 도로와 비상 도로에서의 저감률 비교 174

[그림 4-55] 프랑스의 pilot street canyon 설치 모식도(재구성) 174

[그림 4-56] 프랑스 Guerville지역 공장의 건물 벽 사이의 파이프와 벽의 분석기 가스 입구 175

[그림 4-57] 바람 방향(WD)과 NOx_R/NOx_source 및 NOx_L/NOx_source 측정 결과 176

[그림 4-58] Sector 7에서 풍속과 NOx 농도와의 상관성 176

[그림 4-59] TiO₂와 reference 협곡 오른쪽 벽의 sector별 NOx 평균 농도 177

[그림 4-60] TiO₂와 reference 협곡 왼쪽 벽의 sector별 NOx 평균 농도 177

[그림 4-61] 벨기에 Brussel 지역의 Leopold 2 터널 178

[그림 4-62] 벨기에 Leopold Ⅱ 터널의 test site 모식도(재구성) 179

[그림 4-63] 로마 터널 내 광촉매 페인트 시공 181

[그림 4-64] 로마 터널 내 조명시스템 simulation design 182

[그림 4-65] 로마 터널 내 분석기의 위치 182

[그림 4-66] 로마 터널에서의 일간 NOx 농도 변화 183

[그림 4-67] 로마 터널 중앙에서 높이에 따른 NOx 농도 비교 184

[그림 4-68] 로마 터널 중앙에서 NOx 농도 184

[그림 4-69] NOx 일간 평균 농도 비교 185

[그림 4-70] NO₂ 일간 평균 농도 비교 185

[그림 4-71] 광촉매 도로 마모에 따른 상태 변화 186

[그림 4-72] 광촉매 아스팔트 도로의 내구성 187

[그림 4-73] (a) 콘크리트 및 (b) 아스팔트 도로에서 광촉매 코팅의 내구성 188

[그림 5-1] Cross-sectional view of photoreactor 192

[그림 5-2] ISO 22197 및 17168 기준 반응기 모델링 193

[그림 5-3] ISO 반응기 내 유체 거동 모델링 결과 193

[그림 5-4] ISO 반응기 내 유체의 line velocity 194

[그림 5-5] ISO 반응기 내 유체의 velocity streamline 194

[그림 5-6] Air layer thickness별 ISO 반응기 내 유체 거동 모델링 결과 195

[그림 5-7] Air layer thickness별 ISO 반응기 내 유체의 line velocity 196

[그림 5-8] 반응기 폭(시료 폭)변화에 따른 ISO 반응기 내 유체 거동 모델링 결과 197

[그림 5-9] 반응기 폭(시료 폭)변화에 따른 ISO 반응기 내 유체의 line velocity 198

[그림 5-10] ISO 반응기 확대를 위한 유체 거동 모델링 결과 199

[그림 5-11] ISO 확대 반응기 내 유체의 velocity streamline 200

[그림 5-12] ISO 18560-1의 반응 시스템 모식도 201

[그림 5-13] ISO 18560-1의 반응기 모식도 201

[그림 5-14] ISO 18560-1의 반응기의 예시 201

[그림 5-15] ISO 18560-1 반응기 모델링을 위한 시험편 거치대 형상 및 크기 202

[그림 5-16] ISO 18560-1 시험편 거치대 유체 거동 모델링 결과 202

[그림 5-17] ISO 18560-1 시험편 거치대 내 유체의 line velocity 203

[그림 5-18] ISO 18560-1 시험편 거치대 유체의 velocity streamline 203

[그림 5-19] 2018년 서울시 기온 변화 분석 205

[그림 5-20] 2018년 서울시 지면,지중온도 변화 분석 206

[그림 5-21] 2018년 서울시 강수량 변화 분석 207

[그림 5-22] 2018년 서울시 상대습도 변화 분석 208

[그림 5-23] 2018년 서울시 풍속 변화 분석 209

[그림 5-24] 2018년 서울시 일조시간 변화 분석 210

[그림 5-25] 2018년 서울시 일사량 변화 분석 211

[그림 5-26] 2018년 서울시 NO₂ 농도 변화 분석 213

[그림 5-27] 2018년 서울시 PM10 농도 변화 분석 214

[그림 5-28] 2018년 서울시 PM2.5 농도 변화 분석 215

[그림 5-29] 현장 위치도 및 현황 사진 217

[그림 5-30] 광촉매 보도블럭과 일반 보도블럭 사진 217

[그림 5-31] 현장 측정 진행 사진 218

[그림 5-32] 3일 측정 전체데이터(11월 24일~11월 26일) 220

[그림 5-33] 일자별 측정 데이터(11월 24일) 221

[그림 5-34] 일자별 측정 데이터(11월 25일) 222

[그림 5-35] 일자별 측정 데이터(11월 26일) 223

[그림 5-36] 특정 시간대별 측정 데이터(11월 24일) 227

[그림 5-37] 특정 시간대별 측정 데이터(11월 25일) 228

[그림 5-38] 특정 시간대별 측정 데이터(11월 26일) 229

[그림 5-39] 태양광의 300~410nm UV 복사도 측정 결과 231

[그림 5-40] 태양광 조도 측정 결과 231

[그림 5-41] UV 광도에 따른 광촉매에서의 NO 및 NOx 저감 성능 232

[그림 5-42] NO 농도에 따른 광촉매에서의 NO 및 NOx 저감 성능 233

[그림 5-43] 가스 유속에 따른 광촉매에서의 NO 및 NOx 저감 성능 235

[그림 5-44] 가스 유속에 따른 광촉매에서의 NO 및 NOx 저감 성능 비교 235

[그림 5-45] 상대습도에 따른 광촉매에서의 NO 및 NOx 저감 성능(25℃ 기준) 237

[그림 5-46] 온도별 광촉매에서의 NO 및 NOx 저감 성능 238

[그림 5-47] Air layer thickness에 따른 NO 및 NOx 저감 성능 239

[그림 5-48] Air layer thickness 1.0cm에서 유속 0.2m/s인 경우, NO 및 NOx 저감 성능 240

[그림 5-49] Xenon arc lamp spectrum과 ASTM G173-03 reference spectrum 비교 241

[그림 5-50] UV lamp와 xenon arc lamp를 적용한 광촉매 성능평가 242

[그림 5-51] Xenon arc lamp 복사도에 따른 NO 저감 성능 243

[그림 5-52] ISO 확대 반응 장치의 모식도 및 사양 244

[그림 5-53] ISO 규격 확대 반응기 245

[그림 5-54] ISO 규격 반응기 및 확대 반응기에서 광촉매의 NO 및 NOx 저감 성능 246

[그림 5-55] ISO 규격 확대 반응기를 이용한 광촉매 성능평가 247

[그림 5-56] PD CEN 16980-1 반응기의 상부 평면 248

[그림 5-57] PD CEN 16980-1 반응기의 뒷면 248

[그림 5-58] PD CEN 16980-1 반응기의 정면 249

[그림 5-59] PD CEN 16980-1 규격 반응기 제작을 위한 CAD 도면 249

[그림 5-60] PD CEN 규격 반응기에서 fan flow에 따른 광촉매의 NO 및 NOx 저감 성능 251

[그림 5-61] Fan flow에 따른 전압 및 fan 회전 속도 변화 252

[그림 5-62] 시료 거치대 형상에 따른 시료 노출 형태 253

[그림 5-63] PD CEN 규격 반응기에서 시료 거치대 형상 및 air layer thickness에 따른 광촉매의 NO 및 NOx 저감 성능 253

[그림 5-64] PD CEN 규격 반응기에서 초기 NO 농도에 따른 광촉매의 NO 및 NOx 저감 성능 254

[그림 5-65] PD CEN 반응기에서 가스 유량에 따른 광촉매의 NO 및 NOx 저감 성능 255

[그림 5-66] PD CEN 반응기에서 상대습도에 따른 광촉매의 NO 및 NOx 저감 성능 256

[그림 6-1] ISO 및 CEN 규격별 광촉매의 NO 및 NOx 저감 성능 259

[그림 6-2] 반응기 규격 변화에 따른 NOx 제거 성능 비교(시험 조건 동일) 260

[그림 6-3] 시험 조건 변화에 따른 NOx 제거 성능 비교(반응기 동일) 262

[그림 6-4] 대기환경 조건 적용에 따른 ISO 반응기에서 광촉매의 NO 및 NOx 저감 성능 263

[그림 6-5] 대기환경 조건 적용에 따른 CEN 반응기에서 광촉매의 NO 및 NOx 저감 성능 264

[그림 6-6] 광촉매 성능 발현을 위한 최적 평가 조건에서의 NO, NO₂, NOx 농도 변화 266

[그림 6-7] 광촉매 성능 발현을 위한 최저 평가 조건에서의 NO, NO₂, NOx 농도 변화 267

[그림 6-8] 광촉매 성능 발현을 위한 중간 평가 조건에서의 NO, NO₂, NOx 농도 변화 269

[그림 6-9] ISO 확대 반응기에서 가스 유속에 따른 NO, NO₂, NOx 농도 변화 270

[그림 6-10] 광촉매의 질소산화물 제거 성능평가 시스템 모식도 275

[그림 6-11] 광 반응기의 단면 276

[그림 6-12] 광촉매 시험품 제작 277

[그림 6-13] 제작된 광촉매 시험품 예시 277

[그림 6-14] 시험 중 질소산화물(NOx)의 일반적인 모형 279