1. 미세플라스틱 흡착 제거를 위한 고분자 물질의 표면 특성 연구 탐구 방향: 해양 환경 오염의 주범인 미세플라스틱 문제 해결에 초점을 맞춘다. 미세플라스틱의 표면 전하, 소수성 또는 친수성 등 물리화학적 특성을 조사한다. 이후 다양한 종류의 고분자 물질(예: 키토산, 셀룰로스 유도체, 합성 고분자)을 선정하고, 이들의 표면 구조와 기능기가 미세플라스틱 흡착 효율에 미치는 영향을 비교 분석한다. 여러 pH 조건이나 염 농도 조건에서 고분자의 미세플라스틱 흡착 능력을 실험적으로 확인하거나 문헌 조사를 통해 분석하여 최적의 흡착제를 제안한다. 전공 연계성: 환경공학 분야에서 수처리 기술 개발은 핵심적인 요소이다. 이 탐구는 수질 오염 문제의 중요한 주제인 미세플라스틱 제거 기술에 대한 이해를 높인다. 고분자 화학 및 표면 화학에 대한 지식을 바탕으로 새로운 흡착제나 여과막 재료 개발 가능성을 탐색하며, 이는 환경공학자가 실제 오염 물질을 효과적으로 제거하는 방법을 설계하는 데 필요한 기초 지식을 제공한다. 2. 광촉매를 이용한 수중 유기오염물질 분해 효율에 대한 분자 구조적 연구 탐구 방향: 물속에 존재하는 난분해성 유기오염물질을 효과적으로 분해하는 방법에 주목한다. 대표적인 광촉매인 이산화타이타늄(TiO₂)의 결정 구조(아나타제, 루틸)와 표면 활성점이 광촉매 반응 효율에 미치는 영향을 조사한다. 모델 유기오염물질(예: 메틸렌 블루 염료)을 선정하여 광촉매의 농도, pH, UV 조사 시간 등 다양한 조건 변화에 따른 분해율을 실험적으로 측정하거나 관련 연구를 분석한다. 유기오염물질의 분자 구조(예: 방향족 고리 유무, 치환기 종류)가 광촉매에 의한 분해 반응 속도에 미치는 영향을 문헌적으로 탐색한다. 전공 연계성: 환경공학과에서 폐수 처리, 대기 오염 물질 제거 등 다양한 환경 정화 기술을 연구한다. 광촉매 기술은 친환경적이고 효율적인 오염 물질 분해 방법으로 주목받고 있다. 이 탐구는 광촉매의 원리를 물질의 구조와 성질 관점에서 깊이 있게 이해하며, 이는 새로운 환경 정화 촉매를 설계하거나 기존 기술을 개선하는 데 필요한 화학적 통찰력을 기르는 데 도움을 준다. 3. 중금속 이온 흡착 제거를 위한 점토 광물의 층상 구조 및 이온 교환 능력 분석 탐구 방향: 토양 및 수질 오염의 심각한 원인인 중금속 오염 해결 방안을 모색한다. 벤토나이트, 카올리나이트 등 다양한 점토 광물의 층상 구조와 층간 공간에 존재하는 이온 교환 능력에 대해 조사한다. 납(Pb²⁺), 카드 늄(Cd²⁺) 등 특정 중금속 이온을 대상으로 점토 광물의 종류, pH, 접촉 시간, 초기 중금속 농도 등이 중금속 흡착 제거 효율에 미치는 영향을 실험하거나 문헌을 통해 분석한다. 점토 광물의 표면 전하 특성 변화와 중금속 이온의 화학적 성질을 연결하여 흡착 메커니즘을 설명한다. 전공 연계성: 환경공학은 중금속 오염 물질 관리 및 제거에 대한 전문성을 요구한다. 이 탐구는 천연 광물의 물질적 특성인 층상 구조와 이온 교환 능력을 활용한 중금속 제거 기술의 기본 원리를 이해한다. 이는 오염된 토양이나 폐수에서 중금속을 효과적으로 제거하는 친환경적인 방법을 개발하거나 평가하는 데 필요한 화학적 지식과 응용력을 함양하는 데 기여한다. 4. 바이오 플라스틱의 분자 구조와 생분해 속도 상관관계 분석 탐구 방향: 환경 문제를 야기하는 기존 플라스틱의 대안으로 바이오 플라스틱에 대한 탐구를 진행한다. 폴리젖산(PLA), 폴리부틸렌숙신산(PBS) 등 다양한 바이오 플라스틱의 단량체 구조와 중합 방식이 형성하는 고분자 사슬의 배열 및 결정성 등 분자 구조적 특성을 조사한다. 이러한 분자 구조적 차이가 실제 환경 조건(예: 온도, 습도, 미생물 존재 유무)에서 바이오 플라스틱의 생분해 속도에 미치는 영향을 문헌적으로 분석하거나 간단한 실험을 설계하여 추론한다. 분자 간 힘의 크기와 분해 속도의 연관성도 함께 탐색한다. 전공 연계성: 환경공학은 지속 가능한 자원 순환 및 폐기물 관리 시스템 구축을 목표로 한다. 바이오 플라스틱은 환경 부하를 줄이는 중요한 재료 과학 분야이다. 이 탐구는 재료의 화학적 구조가 환경에서의 거동, 특히 분해성에 미치는 영향을 이해하게 한다. 이는 친환경 신소재 개발 및 환경 친화적인 제품 설계에 대한 통찰력을 제공하며, 순환 경제 구축에 기여할 수 있는 환경공학적 사고를 기른다. 5. 탄소 배출 저감을 위한 이산화탄소 포집 물질의 분자 설계 원리 탐구 탐구 방향: 기후 변화의 주범인 이산화탄소(CO₂)를 효과적으로 포집하는 기술에 대해 탐색한다. 금속-유기 골격체(MOF), 아민 기반 흡착제 등 다양한 이산화탄소 포집 물질의 기본 분자 구조와 작용기가 이산화탄소와 어떻게 상호작용하는지 조사한다. 이산화탄소 분자의 전기음성도 차이로 인한 극성과 흡착 물질의 극성 또는 염기성이 포집 효율에 미치는 영향을 화학적으로 분석한다. 포집 물질의 표면적, 기공 구조, 열역학적 안정성 등 물질의 특성이 포집 성능에 미치는 영향을 문헌 조사를 통해 비교한다. 전공 연계성: 환경공학은 기후 변화 대응을 위한 탄소 중립 기술 개발에 핵심적인 역할을 한다. 이 탐구는 이산화탄소 포집이라는 중요한 환경 기술의 기반이 되는 물질의 구조와 성질에 대한 이해를 심화시킨다. 물질의 분자 수준에서의 설계 원리를 이해함으로써, 고효율의 이산화탄소 흡착제를 개발하거나 기존 기술을 개선하는 데 필요한 화학적 지식과 공학적 접근 방식을 습득한다.