본 연구는 총 3년에 걸쳐 진행될 계획이며, 연차별 주요 연구내용 및 연구방법은 다음과 같다. ○ 1차년도 : 거품생성 및 미세먼지 흡착을 위한 기초연구 - 계면활성제를 이용한 거품 생성 연구 - 미세먼지의 발생 및 분석 장치를 포함한 흡착 실험 시스템 구축 - 국내 시험규격용 미세 입자의 거품 흡착 실험 수행 ○ 2차년도 : 미세먼지 거품 흡착시 주요 영향 인자 연구 - 미세먼지 농도별, 크기별 흡착 제거 실험 - 계면활성제의 정전기적 특성과 흡착 관계 분석 - 거품의 크기와 지속시간에 따른 미세먼지 제거능 평가 ○ 3차년도 : 미세먼지 제거 연속공정 개발 - 유도용액용 자성나노입자 제조 및 재이용 연구 - 정삼투 시스템 제작 및 미세먼지 포집액의 농축 공정 연구 - 현장에서의 미세먼지 연속 제거 공정 적용 (1) 미세먼지 발생 및 측정 시스템 시험규격으로 지정된 KCl 입자와 도심지역 미세먼지를 연구대상 미세먼지로 사용하며, 입자 발생장치와 측정기를 구입하여 1m×1m×1m 규모의 챔버에 연결하여 실시간으로 챔버 내 미세먼지 농도를 측정한다. (2) 거품 생성 장치 거품은 초음파와 균질기와 같은 기포발생장치를 이용하여 발생시키며, 친수성과 소수성 및 다양한 전하 분포를 갖는 미세먼지의 특성을 고려하여 양이온성, 음이온성, 양성, 비이온성 계면활성제를 첨가제로 사용하여 정전기적 상호작용에 의한 흡착 여부를 살펴본다. 본 연구에서 거품의 안정성은 미세먼지와의 접촉 시간과 신규 생성 거품과의 지속적인 접촉이 미세먼지 제거에 최적화되는 정도를 분석한다. (3) 챔버 내 미세먼지 제거 실험 챔버 내부에 미세먼지를 크기 및 농도별로 발생시키고, 시간에 따라 미세먼지가 거품에 흡착시키는 정도를 살펴본다. 챔버 내부에 초기 미세먼지를 균일화하는 송풍장치 외에 거품의 상부에 추가적인 송풍장치를 설치하여 챔버 내부의 공기 흐름이 거품을 향하도록 하여 지속적인 미세먼지와 거품의 흡착을 도모한다. 대기 중 미세먼지 농도는 실시간으로 측정하며, 수중에 진입한 미세먼지 농도를 분석하여 미세먼지의 흡착능을 분석한다. (4) 자성나노입자의 합성 및 분석 자성나노입자는 화학적공침법으로 합성한다. 나노입자의 응집, 침전 현상을 방지 및 산화로 인한 표면 변화를 예방함과 동시에 높은 삼투압을 발현하고자 가지형 구조에 다수의 카르복실기로 표면 처리된 자성나노입자는 미세먼지가 포집된 처리수보다 상대적으로 높은 삼투압을 나타낼 수 있도록 자성나노입자의 표면처리와 농도를 조절한다. (5) 삼투압을 이용한 미세먼지 오염수의 농축 공정 최종적인 미세먼지의 처리 가능성을 타진하기 위해 정삼투 공정을 이용한 미세먼지 오염수의 농축 실험을 수행한다. 정삼투 공정의 유도용액로 표면처리된 자성나노입자를 사용하며, 미세먼지 포집액보다 높은 삼투압을 나타내도록 삼투계로 측정하여 나노입자의 농도를 조절한다. 농축 후, 자성나노입자는 자석으로 수집하여, 유도용액의 삼투압을 낮춘 후 일부를 정삼투막의 반대편으로 이송시켜 거품발생용액으로 사용함으로써 공정 내 물의 재이용을 도모한다. 포집된 자성나노입자는 균질기를 사용하여 재부유시키고 추가적인 물을 공급하여 유도용액의 체적과 삼투압 회복이 이루어지도록 한다.