저가형 TiO2 광촉매의 개발과 광촉매의 활용범위를 확대하고자, 석탄회를 지지체로 이용하여 TiO2 광촉매를 제조하였다. 석탄회 표면에 TiO2 입자의 피복은 침전법에 의해서 수행되었다. TiO2의 공급원으로는 TiCl4수용액과 침전제로는 NH4HCO3가 사용되었다. 이들의 중화반응에 의해 석탄회 표면에 생성되는 Ti(OH)44는 300~700˚C의 열처리 과정에서 산화되었다. 여기서 생성된 TiO2의 결정구조는 anatase형을 나타내었다. 피복 TiO2의 결정립 크기는 열처리 온도의 상승에 따라 증가하였으나, NO가스의 제거능은 감소하는 경향을 보였다. TiO2피복 석탄회를 300~400˚C의 온도 범위에서 2시간 동안 열처리할 경우, TiO2의 결정립 크기는 약 9nm이었고, 질소산화물 제거율은 85~92%이었다. 또한, TiO2피복 석탄회의 백색도는 TiO2의 피복량이 증가할수록 열처리 온도가 증가할수록 상승하는 경향을 나타내었다.

고정원으로부터 배출되는 질소산화물의 저감 기술 중에서 선택적 촉매 환원법(SCR법)은 가장 경제적이고 효율적인 방법으로 알려져 있다. 이 SCR 촉매의 탈질능을 향상시키기 위하여, TiOSO4 및 Ti(SO4)2용액으로부터 비표면적이 넓은 TiO2의 비표면적 및 결정구조에 미치는 영향과 이들의 상관관계에 대하여 조사하였다. TiOSO4용액으로부터 합성한 TiO2의 최대 비표면적은 382m2/g이었고, Ti(SO4)2용액으로부터 합성한 TiO2의 최대 비표면적은 335m2/g이었으며, TiO2는 비정질 형태의 결정구조를 보였다. 하소처리에 의해 비정질 TiO2는 결정화되었고, 결정 중에 함유되어 있는 불순물은 TiO2의 결정화를 억제하였다.

본 연구에서는 고령토, 유황, 탄산나트륨, 규석 및 송진을 원료로 하여 군청을 합성하였고, 그 반응 메카니즘을 조사하였다. 원료의 혼합시료는 군청의 중간 생성물인 녹색군청을 합성하기 위하여, 820˚C에서 4시간 동안 소성하였다(승온율 2˚C/min). 합성된 녹색군청은 최종적으로 군청을 얻기 위해 500˚C에서 산화처리하였다. 합성 과정에서 발생하는 반응 생성물 및 이들의 구조적 변화는 x선 회절 분석과 Raman Spectrum 분석에 의하여 평가하였다. 소성과정에서 황화나트륨은 500˚C에서 생성되었고, NaAISiO4는 620˚C에서 형성되었다. 그리고, 녹색군청은 황화나트륨과 NaAISiO4의 반응에 의하여 740˚C부근에서 형성하기 시작하였다. 또한, 청색군청의 형성은 녹색군청 중에 잔존하던 황화타트륨의 산화로 방출되는 유황 원자에 기인하였다.

본 연구는 고령토, 유황, 소다회, 규석 그리고 송진을 원료로 군청안료 제조기술 개발을 위하여 환원소성 방법 및 조건, 산화 조건 규명을 위하여 2 kg/회 규모의 회분식 실험을 수행하였다. 환원 소성 및 산화 공정에서 분말 형태로 소성할 경우 열전도율이 낮아 규모가 커짐에 따라 반응물 내 외부 온도차가 커져 소성 시간이 길어지고 반응 생성물이 불균일한 결과를 보였다. 군청의 색상은 원료 중의 성상, 소성 조건에 대단히 민감하며 동일한 원료에 대해서도 재현성이 낮았다. 환원 소성 시 승온율은 군청 생성에 매우 중요한 인자이며 분말 소성 시 소성 규모에 따라 값이 달라진다. 본 연구에서 사용한 3 l, 용량일 경우 승온율 0.6℃/min, 반응온도 850℃ 그리고 반응시간은 4시간 이상이 필요하였다. 녹색군청의 산화 공정에서 필요한 공기 양은 녹색군청 kg당 500~550 l 이고 적정한 반응온도는 500~550℃에서 청색(-b*) 값이 가장 높았다.

볼 밀과 임팩트 밀의 분쇄율에 따른 단체분리(선택적 분쇄)와 공기 분급에 의한 고령토 광물의 성세특성을 조사하였다. 원광석을 볼 밀과 임팩트 밀로 분쇄하여 325 mesh 이하 미립자의 생성율을 유사하게 조절하였으며 미립자에 대한 화학성분을 분석함으로써 선택적 분쇄 특성을 조사하였다. 분쇄된 시료는 공기 분급기를 사용하여 미립자와 굵은 입자로 분리하고 각 산물에 대한 화학조성분석을 통하여 분쇄 방식에 따른 정제효과를 비교하였다. 볼 밀과 임팩트 밀 모두 분쇄율이 높아질수록 미립자의 고령토 품위는 낮아지는 경향을 나타내었다. 특히 볼 밀의 경우에서 석영, 장석과 같은 불순광물의 혼입으로 인해 미립자의 불순물 함량이 높아짐을 알 수 있었다. 볼 밀의 경우 공기 분급기의 분급점을 43 μm로 하면 정광의 생산율은 66.2 wt%이었으며 철성분 제거율은 5.3%, 칼슘성분 제거율은 34.6%로 나타났다. 반면 임팩트 밀을 사용하여 동일한 조건으로 분쇄 후 분급한 산물의 정광 생산율은 64.4 wt%이며 철성분 제거율은 34.2%, 칼슘성분 제거율은 67.6%, 티탄성분 제거율은 25.0%를 나타내어 임팩트 밀의 경우가 불순물의 제거에 우수한 결과를 보였다.