나노스케일 다공성 셀룰로오스 에어로겔을 이용한 소수성 유기 오염물질 제거에 대한 연구

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 화학적 가교, 동결건조, 메틸트리클로로실란(MTCS)을 이용한 소수성 처리를 통해 초경량, 유연하며 소수성인 셀룰로오스나노피브릴(CNF) 기반 에어로겔을 간단하고 친환경적인 방식으로 제조하는 방법을 제시한다. CNF, 폴리비닐알코올(PVA), 글루타르알데하이드, 알긴산나트륨(SA)의 화학적 가교 및 동결건조 후 MTCS로 소수성 처리하여 제조된 CNF 에어로겔은 서로 연결된 매우 다공성 구조를 가지며, 기공 크기는 출발 용액의 농도에 따라 다양하게 나타났다. MTCS로 개질된 0.5% CNF/SA/PVA 에어로겔은 평균 139.5°의 물 접촉각을 보여 우수한 소수성을 유지하였다. 또한 소수성 및 유연한 0.5% CNF/SA/PVA 에어로겔은 물 속에 있는 유기용매와 오일을 표면과 바닥에서 신속하게 흡수할 수 있었고, 해바라기유에 대해 40.25 g/g의 탁월한 흡착 능력과 함께 재활용이 가능한 것으로 나타났다. 이론적 평형 흡착량은 Pseudo-second-order reaction 동역학 보다 Pseudo-first-order reaction 동역학에 더 잘 부합하여 물리적 흡착 메커니즘을 따르는 것으로 확인되었다. 결과적으로 소수성과 유연성을 겸비한 0.5% CNF/SA/PVA 에어로겔은 산업용 유성 폐수 정화 및 유출 기름 제거에 효과적으로 활용될 수 있는 유망한 소재로 활용할 수 있을 것이다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 제2장 재료 및 방법 5
• 2.1 재료 5
• 2.2 CNF 기반 에어로겔의 합성 5
• 2.3 소수성 CNF 기반 에어로겔의 합성 9
• 2.4 흡착 연구 11
• 2.5 특성 분석 11
• 제3장 결과 및 토론 13
• 3.1 에어로겔의 소수성 개질 13
• 3.2 실란화 에어로겔의 화학 구조 16
• 3.3 에어로겔의 상 특성 및 결정 구조 18
• 3.4 에어로겔의 열 안정성 확인 20
• 3.5 에어로겔의 다공성 모폴로지 관찰 23
• 3.6 에어로겔의 흡착 및 표면 특성 분석 25
• 3.7 에어로겔 소수성 특성화 27
• 3.8 오일 흡착 성능 확인 30
• 3.9 오일 흡착 동역학 거동의 이해 32
• 제4장 결 론 38