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수록정보
수록범위 : 1권1호(1990)~31권5호(2020) |수록논문 수 : 3,771
공업화학
31권5호(2020년 10월) 수록논문
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KCI등재 SCOPUS

1수소 분리 응용을 위한 폴리벤즈이미다졸 기반 분리막의 연구 동향

저자 : 김지현 ( Ji Hyeon Kim ) , 김기현 ( Kihyun Kim¸ ) , 남상용 ( Sang Yong Nam )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 31권 5호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 453-466 (14 pages)

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에너지 부족 및 환경 오염위기를 극복하기 위해 친환경 에너지에 대한 수요가 증가함에 따라 잠재적인 해결책으로 수소 경제가 제안되고 있다. 이에 따라 경제적이고 효율적인 수소 생산은 필수적인 산업공정으로 여겨지고 있으며, 연소 전 석탄의 가스화 또는 천연가스 개질반응에 의해 생성된 합성가스에서 H2를 정제하는 동시에 CO2를 포집하는 H2/CO2 분리에 수소 분리막을 적용하는 연구가 지속되고 있다. 고온 환경에서 H2에 선택적인 유리질 고분자 막은 CO2 포집 성능의 잠재력을 갖추고 있으며, 에너지 및 비용 면에서 효율적인 시스템이다. 폴리벤즈이미다졸(PBI) 기반 수소 분리막은 고온의 구동 조건에서도 탁월한 화학적·기계적 안정성을 보여주고 있어 고 성능의 PBI 수소 분리막 개발이 최근 급속도로 진행되고 있다. 본 총설에서는 산업적으로 적용 가능성이 있는 수소 분리막 개발을 위해 PBI를 기반으로 한 구조 변형 막, 가교 막, 혼합 막, 탄화 막의 최근 발전에 대하여 중점적으로 다루고 있다.


As the demand for eco-friendly energy increases to overcome the energy shortage and environmental pollution crisis, hydrogen economy has been proposed as a potential solution. Accordingly, an economical and efficient hydrogen production is considered to be an essential industrial process. Research on applying hydrogen separation membranes for H2/CO2 separation to the production of highly concentrated hydrogen by purifying H2 and capturing CO2 simultaneously from synthetic gas produced by gasification is in progress nowadays. In high temperature environments, the membrane separation process using glassy polymeric membrane with H2 selectivity has the potential for CO2 capture performance, and is an energy and cost effective system since polybenzimicazole (PBI)-based separators show excellent chemical and mechanical stability under high-temperature operation conditions. Thus, the development of high-performance PBI hydrogen separators has been rapidly progressing in recent years. This overview focuses on the recent developments of PBI-based membranes including structure modified, cross-linked, blended and carbonized membranes for applications to the industrial hydrogen separation process.

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2고분자 태양전지를 위한 비공액형 고분자 전해질

저자 : 라마티아피트리빈티나스룬 ( Rahmatia Fitri Binti Nasrun ) , 사브리나아우파살마 ( Sabrina Aufar Salma ) , 김주현 ( Joo Hyun Kim )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 31권 5호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 467-474 (8 pages)

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고분자태양전지는 용액공정에 의한 생산이 가능하여, 경량, 저비용, 기계적 유연성 및 고효율과 같은 많은 이점이 있다. 이들은 지난 수십 년 동안 많은 관심을 끌어왔다. 공액 고분자 전해질(conjugated polymer electrolyte, CPE) 및 비공액 고분자 전해질(non-conjugated polymer electrolyte, NPE) 재료는 기존의 금속 산화물 중간층과 관련된 일반적인 약점(전하 수집능력 저하 및 금속/고분자 계면에서의 상용성 저하 등)을 극복하기 위해 사용되었다. 그러나 CPE의 합성은 매우 복잡한 합성과정이 필요하며, 대량합성이 어려운 단점이 있다. 따라서 상대적으로 합성이 용이한 NPE를 개발 혹은 기존에 개발되어 있는 NPE를 이용하면 보다 쉽게 단점을 극복할 수 있다. 이온 그룹이 포함되어 있는 경우 NPE는 특히 고분자 태양전지를 구현함에 있어 많은 이점을 제공할 수 있으며, 이에 본 총설에서는 그 동안 개발 혹은 응용되었던 NPE에 대한 내용을 다루었다.


Polymer solar cells have attracted extensive attention over the past decade due to their benefits, such as good solution-processability, light weight, low-cost, mechanically flexibility, and high efficiency. Conjugated (CPE) and non-conjugated (NPE) polyelectrolytematerials have been employed to avoid the typical weaknesses associated with conventional metal oxide interlayers.However, the application of CPEs is more complicated than that of NPEs because the synthesis procedures are complicated. NPEs containing charged ion groups can provide numerous benefits for renewable energy applications. Especially when implemented in polymer solar cells.

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3Cu(II)-Lactic Acid와 Cu(II)-LMWS-Chitosan 착물의 DFP 가수분해반응 연구

저자 : 계영식 ( Young-sik Kye ) , 정근홍 ( Keunhong Jeong ) , 김동욱 ( Dongwook Kim )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 31권 5호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 475-480 (6 pages)

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Lactic acid와 키토산을 Cu(II) 이온과 반응시켜 합성한 착물을 사용하여 유기인 유사 독성물질인 DFP (Diisopropyl fluorophosphate)분해반응에 적용하였다. Cu(II)-lactic acid 착물의 경우 homogeneous 상태에서 분해반응 반감기가 37. 1 min으로 분해성능이 우수하였다. 1 kDa 저분자량 수용성 키토산으로 합성한 Cu(II)-LMWS chitosan 착물은 결정화 후에는 용해도가 낮아 heterogeneous 한 상태에서 분해반응이 진행되었으며 그 반감기는 32.9 h이었다. 이 결과는 기존에 연구된 18 kDa 키토산 Cu(II)착물의 분해반응속도보다 약 16배 정도 증가된 것이다. Cu(II)-LMWS chitosan 착물을 결정화하지 않고 homogeneous한 상태로 진행한 분해반응에서는 반감기가 8.75 h로 용해도에 따라 약 4배의 차이를 확인할 수 있었다.


DFP (diisopropyl fluorophosphate). Under the homogeneous reaction condition, Cu(II)-lactic acid chelate hydrolyzed DFP withthe half life time of 37.1 min. Cu(II)-LMWS chitosan chelate was synthesized with 1 kDa molecular weight of chitosan,which showed low solubility, and then crystallized. The half life time for hydrolyzing DFP using Cu(II)-LMWS chitosan was32.9 h indicating that the reaction rate is enhanced as much as 16 times more than that of using 18 kDa chitosan-Cu(II)complex. Under the homogeneous reaction condition, the half life time of Cu(II)-LMWS chitosan was 8.75 h. Therefore, wefound out that the solubility of Cu(II)-LMWS chitosan makes the difference in the reaction rate as much as 4 times.

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4삼척항 표층퇴적물 내 유기물 및 중금속 분포 특성

저자 : 신우석 ( Woo-seok Shin ) , 김영기 ( Young-kee Kim )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 31권 5호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 481-486 (6 pages)

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삼척항 내 표층 퇴적물에 대한 지화학적 특성을 파악하기 위하여 입도, 유기물 및 중금속 분포 특성을 조사하였다. 삼척항 퇴적물은 sand, silt, clay가 혼재된 특성을 보였으며, 내항에는 세립질이 우세하였고, 외항에는 조립질이 우세한 것으로 나타났다. 표층 퇴적물의 유기물(COD, TOC, IL) 오염정도는 내항이 외항보다 더 심한 것으로 나타났으며, 총 질소 및 총인 농도도 내항이 더 높은 것으로 나타나고 있다. 또한 중금속 농도도 외항보다 내항에서 더 높았다(As 제외). 내항 표층 퇴적물의 높은 유기물 농도 및 C/N비로 보아 육상 유래 유기물의 오염 기여가 큰 것으로 판단된다. 표층 퇴적물의 입도, 이화학적 성분, 중금속 간의 상관성 분석에서 silt-clay는 중금속과 높은 상관성을 보였고, 유기물 지표와 중금속간의 상관성도 대체적으로 높게 나타났다. 중금속 연속추출결과에 따르면 Ni, Zn, Cu, Pb, Cd 및 As는 이온교환, 탄산염, 산화물 형태를 합한 평균 존재비가 각각 14.8, 49.8, 39.1, 32.2, 51.8 및 26.6%이었다.


To evaluate geochemical characteristics of surface sediments in Samcheok Port, the distribution characteristics of particle sizes, organic matters and heavy metals were investigated. The sediments showed a mixed property of sand, silt, and clay, however fine-grains dominated at the inner port and coarse-grains dominated at the outer port. The organic (COD, TOC, and IL) contamination of the sediment at the inner port were higher than that of the outer port, and the concentrations of total nitrogen and total phosphorus at the inner port was higher than those of the outer port. Also, heavy metals contamination of surface sediments at the inner port was higher than those of the outer port (except for As). From the results of high organic matter concentrations and C/N ratio at the inner port, it is considered that the contamination of organic matters was mainly derived from the land. The correlation analysis among the particle size, chemical composition, and heavy metals resulted in high correlation between silt-clay and heavy metals, and between organic matters and heavy metals. The sequential extraction results of heavy metals showed the sum of exchangeable, carbonate, and oxide fractions of Ni, Zn, Cu, Pb, Cd, and As were 14.8, 49.8, 39.1, 32.2, 51.8 and 26.6%, respectively

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5폴리우레탄과 개질된 질화붕소로 이루어진 난연성 방열 복합체

저자 : 김민규 ( Min-gyu Kim ) , 이창록 ( Chang-rock Lee ) , 조남주 ( Nam-ju Jo )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 31권 5호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 487-494 (8 pages)

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기존의 방열필름의 연소문제를 해결하기 위해 poly(tetra methylene glycol) (PTMG), 4,4'-methylenebis(phenyl isocyanate) (MDI)와 유기인이 도입된 실란 커플링제로 표면개질한 질화붕소를 사용하여 폴리우레탄과 개질된 질화붕소로 이루어진 복합체를 제작하였다. Fourier transform-infrared (FT-IR) 분광 분석을 통해 질화붕소의 개질과 복합체의 합성 여부를 확인하였다. 또 universal testing machine (UTM) 측정을 통해 개질된 질화붕소의 함량에 따른 복합체의 기계적 물성변화를 확인하였으며, layser flash analysis (LFA)와 UL94 측정을 통해 열적 특성을 조사하였다. 그 결과, 복합체의 열전도도가 1.19 W/m·K로 증가하였으며, 자기소화성이 없어 타기 쉬운 폴리우레탄의 난연성이 UL94 V-1 등급으로 향상되었다.


Polyurethane/modified boron nitride (PU/m-BN) composite was synthesized from the poly(tetra methylene glycol) (PTMG), 4,4'-methylenebis(phenyl isocyanate) (MDI), and modified boron nitride (m-BN). The modification of boron nitride and synthesis of PU/m-BN composite were confirmed by Fourier transform infrared (FT-IR) spectroscopic analyses. The mechanical properties of the PU/m-BN composites were measured using the universal testing machine (UTM) and the thermal properties of the composites were investigated ser flash analysis (LFA) and UL94 measurements. As a result, the thermal conductivity of the polyurethane composite increased to 1.19 W/m·K, and the flame retardancy of the easy to burn polyurethane, which was not self-extinguishing was improved to UL94 V-1 grade.

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6Adsorptive Removal of Phosphate Ions from Aqueous Solutions using Zirconium Fumarate

저자 : Phani B. S. Rallapalli , Jeong Hyub Ha

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 31권 5호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 495-501 (7 pages)

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In this study, zirconium fumarate of metal-organic framework (MOF-801) was solvothermally synthesized at 130 ℃ and characterized through powder X-ray diffraction (PXRD) analyses and porosity measurements from N2 sorption isotherms at 77 K. The ability of MOF-801 to act as an adsorbent for the phosphate removal from aqueous solutions at 25 ℃ was investigated. The phosphate removal efficiency (PRE) obtained by 0.05 g/L adsorbent dose at an initial phosphate concentration of 60 ppm after 3 h was 72.47%, whereas at 5 and 20 ppm, the PRE was determined to be 100% and 89.88%, respectively, after 30 min for the same adsorbent dose. Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area and pore volume of the bare MOF-801 sample were 478.25 m2/g and 0.52 cm3/g, respectively, whereas after phosphate adsorption (at an initial concentration of 60 ppm, 3 h), the BET surface area and pore volume were reduced to 331.66 m2/g and 0.39 cm3/g, respectively. The experimental data of kinetic (measured at initial concentrations of 5, 20 and 60 ppm) and isotherm measurements followed the pseudo-second-order kinetic equation and the Freundlich isotherm model, respectively. This study demonstrates that MOF-801 is a promising material for the removal of phosphate from aqueous solutions.

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7Comparison between Basic and Inverse Dual Drug and Peptide-coated Stents in a Porcine Restenosis Model

저자 : Eun-jae Jang , So-youn Lee , In-ho Bae , Dae Sung Park , Myung Ho Jeong , Jun-kyu Park

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 31권 5호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 502-508 (7 pages)

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Dual drug-eluting stents (DES) is a primary treatment method for coronary arterial diseases in current interventional cardiology practice. However, their pathological results according to the sequence of coating of drugs have not been reported yet. The peptide- dopamine dissolved in acetonitrile was coated onto the Chonnam National University Hospital (CNUH) stent using an electrospinning coating machine. For secondary coating (e.g., sirolimus coating, designated as SPS), sirolimus (SRL) and poly lactic-glycolic acid (PLGA) were mixed in tetrahydrofuran (THF), and the solution was then coated on the CNUH stent that had underwent the primary peptide coating using an electrospinning and spray technique. Next, the peptide-dopamine was coated on the SRL-PLGA coated stent (PSS). In this study, it was confirmed that endothelialization was promoted without being significantly affected by the coating order (SPS or PSS). The sequence of drug and peptide coating may affect the development of restenosis and PSS was effective in the prevention of restenosis compared to that of using SPS.

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8TiO2 마이크로콘/CNT 복합체의 전기화학적 합성 및 리튬 이온 전지 음극 소재로의 응용

저자 : 신나현 ( Nahyun Shin ) , 김용태 ( Yong-tae Kim ) , 최진섭 ( Jinsub Choi )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 31권 5호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 509-513 (5 pages)

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본 연구는 리튬이온 이차전지의 음극재로서 TiO2 마이크로콘/CNT 복합체를 제조하여 배터리의 성능을 측정하였다. 양극산화법을 통해 리튬이온이 저장될 수 있는 넓은 표면적의 나노조각으로 구성된 TiO2 마이크로콘 구조를 제조하였다. 이어서 polarization과 전기 영동법을 통해 CNT를 증착하였다. TiO2 마이크로콘/CNT 복합체 전극은 전기전도도와 리튬이온 전도도가 향상되어 순수한 TiO2 마이크로콘 전극 대비 더 높은 용량과 사이클 안정성을 보였다. 또한 TiO2 마이크로콘/CNT 복합체는 최대 20 C의 높은 전류밀도에서도 우수한 수명특성과 속도유지율을 보였다.


The performance of TiO2 microcones/CNT composites as an anode material for lithium ion batteries was investigated. TiO2 microcones/CNT composites were prepared by the polarization followed by electrophoretic deposition approaches on anodic TiO2 microcones, which were composed of individual nanofragments resulting in a large surface area where lithium ion can be stored. Compared to pristine TiO2 microcones, TiO2 microcones/CNT composite electrodes showed higher areal capacity with a stable cyclability due to an enhanced electrical and lithium ion conductivity. Furthermore, TiO2 microcones/CNT composite electrodes exhibited good cycle life characteristics and excellent rate retention under a high current density of up to 20 C.

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9침상 코크스의 피치 코팅에 따른 리튬 이차전지 탄소계 음극소재의 전기화학적 특성

저자 : 황진웅 ( Jin Ung Hwang ) , 이종대 ( Jong Dae Lee ) , 임지선 ( Ji Sun Im )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 31권 5호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 514-519 (6 pages)

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흑연 소재는 높은 구조적 안정성 및 낮은 가격으로 리튬 이차전지 음극소재로 이용되고 있다. 또한, 탄소 소재의 낮은 속도 특성을 개선하려는 탄소 코팅 연구가 활발히 진행되고 있다. 탄소 코팅은 화학적 반응을 이용하는 CVD 코팅, 용매를 사용하는 습식 코팅, 기계적 충돌에 의한 건식 코팅으로 나뉜다. 본 논문에서는 습식 코팅 공정에서 사용 용매에 따라 탄소 전구체(피치)의 일부만 사용될 수 있는 문제와 용매 제거에 의한 환경 문제를 해결하고자 건식 공정인 고속 분쇄/코팅 공정을 이용하여 리튬 이차전지 음극용 탄소 소재를 제조하였다. 침상 코크스와 피치의 무게비는 8 : 2 wt.%으로 하고, 고속 분쇄/코팅 공정을 이용하여 침상 코크스의 분쇄와 피치의 코팅을 통한 구상화를 진행하였을 때, 침상 코크스의 모서리 면이 피치로 코팅되는 것을 확인하였다. 이 소재를 2400 ℃ 고온 열처리를 진행한 결과 피치 코팅되지 않은 소재와 비교하여 초기용량과 효율은 큰 차이를 보이지 않았으나, 10C/0.1C 속도 특성에서 41.8%의 성능이 향상되었다. 고속 분쇄/코팅 공정을 통해 제조된 소재는 고속 방전용 리튬 이차전지 음극 소재에 사용될 수 있을 것으로 생각된다.


Graphite materials for lithium ion battery anode materials are the most commercially available due to their structural stability and low price. Recently, research efforts have been conducted on carbon coatings by improving side reactions at the edge site of carbon materials. The carbon coating process has classified into a CVD by chemical reaction, wet coating process with solvent and dry coating by mechanical impact. In this paper, the rapid crush/coating process was used to solve the problem of which only few parts of the carbon precursor (pitch) can be used and also environmental problems caused by solvent removal in the wet coating process. When the ratio of needle coke to pitch was 8 : 2 wt%, and the rapid crush/coating process was carried out, it was confirmed that the fracture surface was coated by pitch. The pitch-coated sample was treated at 2400 ℃ and 41.8% improvement in 10C/0.1C rate characteristic was observed. It is considered that the material simply manufactured through the simple crush/coating process can be used as an anode electrode material for a lithium ion battery.

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10증류공정 내부 온도 예측을 위한 머신 러닝 모델 개발

저자 : 권혁원 ( Hyukwon Kwon ) , 오광철 ( Kwang Cheol Oh ) , 정용철 ( Yongchul G. Chung ) , 조형태 ( Hyungtae Cho ) , 김정환 ( Junghwan Kim )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 31권 5호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 520-525 (6 pages)

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본 연구에서는 증류공정의 제품 생산단 온도 예측을 위한 머신러닝 기반 모델을 개발하였다. 증류공정의 제어는 제품 생산단의 온도를 통해 이루어지고 있어 제어를 위해 정확한 온도 예측이 필요하다. 증류공정에서 온도는 다양한 변수들과 복잡한 비선형의 관계를 형성하고 있으며 시계열 데이터의 특성이 있어 이를 예측하기 위해 순환신경망 기반 알고리즘을 이용하였다. 모델 개발 과정에서 적절한 예측 알고리즘을 선정하기 위해 세 가지 순환신경망 기반 알고리즘과 배치 사이즈 조절하여 제품 생산단 온도를 예측하기 위한 가장 적저한 모델을 선정하였다. LSTM128 모델이 제품 생산단 온도를 예측하기 위한 가장 적절한 모델로 선정되었다. 선정된 모델을 활용하여 실제 공정 운전데이터에 적용한 결과 RMSE 0.0791, R2 0.924의 성능을 보였다.


In this study, we developed a machine learning-based model for predicting the production stage temperature of distillation process. It is necessary to predict an accurate temperature for control because the control of the distillation process is done through the production stage temperature. The temperature in distillation process has a nonlinear complex relationship with other variables and time series data, so we used the recurrent neural network algorithms to predict temperature. In the model development process, by adjusting three recurrent neural network based algorithms, and batch size, we selected the most appropriate model for predicting the production stage temperature. LSTM128 was selected as the most appropriate model for predicting the production stage temperature. The prediction performance of selected model for the actual temperature is RMSE of 0.0791 and R2 of 0.924.

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1연안해역에서 석유오염물질의 세균학적 분해에 관한 연구

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