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수록정보
59권4호(2021) |수록논문 수 : 20
간행물 제목
60권2호(2022년 05월) 수록논문
최근 권호 논문
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KCI등재 SCOPUS

1CaCl2 용융염에서 Ca2+의 Cu 전극에 대한 전기화학적 증착 특성평가

저자 : 황동욱 ( Dong Wook Hwang ) , 이종현 ( Jong Hyeon Lee ) , 정상문 ( Sang Mun Jeong )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 175-183 (9 pages)

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자동차 시장의 확대에 따라 자동차 모터의 필수 소재로 희토류금속인 Nd에 대한 수요가 급증하고 있다. Nd를 제조하기 위하여 Nd2O3와 Ca계 합금의 열 환원반응에 관한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 본 연구에서는 Nd2O3의 환원제로 사용되는 Ca계 합금인 Ca-Cu를 CaCl2 용융염에서 전기분해반응을 통해 제조하였다. 전기분해반응의 작업 전극과 상대전극으로는 Cu 와이어와 흑연을 각각 사용하였다. 기준전극은 AgCl:CaCl2=1:99 mol%로 혼합한 혼합물에 Ag 와이어를 넣어 제작하였다. 순환전압 전류법 결과에 의하면 -1.8 V의 전위부터 작업전극의 표면에 Ca2+의 증착이 관찰되었으며, CaCl2 염의 온도가 증가할수록 Ca2+의 환원전위가 감소하였다. 시간대전류법 실험을 통해 계산된 Ca2+의 확산계수는 5.4(±6.8)×10-6 ㎠/s으로 나타났다. 또한, Cu 전극에 일정한 전위를 가해 Ca-Cu 액상합금을 제조하였으며 제조된 합금은 EDS line scan을 통해 인가 전위의 증가에 따라 Ca의 전기화학적 삽입이 증가함을 확인하였다. -2.0 V보다 음의 전위를 인가하여 제조한 Ca-Cu 합금의 조성비는 Ca:Cu=1:4임을 확인하였다.


With the expansion of the automobile market, the demand for Nd as an essential rare earth material for automobile motors is rapidly increasing. Research on the calcio-thermic reduction process between Nd2O3 and calcium-based alloys has been extensively studied in order to manufacture Nd. In this study, Ca-Cu, as a reducing for Nd2O3, was prepared by electrolysis in CaCl2 molten salt. Cu wire and graphite were employed as a working electrode and a counter electrode for electrolysis reaction, respectively. The reference electrode was manufactured by putting Ag wire in a mixture of AgCl and CaCl2 at a ratio of 1:99 mol%. The cyclic voltammetry results showed that the deposition of Ca2+ on the surface of working electrode was observed from a potential of -1.8 V, and the reduction potential of Ca2+ decreased as the reaction temperature increased. The diffusion coefficient of Ca2+ calculated by the chronoamperometry experiment was found to be 5.4(±6.8)×10-6 ㎠/s. In addition, Ca-Cu liquid alloy was prepared by applying a constant potential to Cu electrodes. The element ratio of Ca-Cu alloy formed by applying a potential of -2.0 V was found to Ca:Cu=1:4.

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2리튬-황 전지용 프리스탠딩 플렉서블 S/CNT/NiO 전극의 제조 및 전기화학적 특성

저자 : 신윤정 ( Yun Jung Shin ) , 이원열 ( Won Yeol Lee ) , 김태윤 ( Tae Yun Kim ) , 문승근 ( Seung-guen Moon ) , 김은미 ( En Mei Jin ) , 정상문 ( Sang Mun Jeong )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 184-192 (9 pages)

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수열합성을 통해 합성한 다공성 NiO는 리튬 폴리설파이드의 용출을 억제하기 위하여 리튬-황 전지의 전극에 사용되었다. 리튬-황 전지의 전극은 경제적이고 간단한 진공 여과 방법을 이용하여 집전체와 바인더가 없는 프리스탠딩 플렉서블 전극으로 제작되었다. 다공성 NiO를 첨가한 S/CNT/NiO 전극은 순수 S/CNT 전극에 비해 125 mA h g-1 증가한 877 mA h g-1 (0.2 C)의 초기 방전용량과 200 사이클 후 84% (S/CNT: 66%)의 우수한 용량 유지율을 나타내었다. 이는 방전 과정 중에서 NiO와 리튬 폴리설파이드의 강한 화학적 결합에 의하여 리튬 폴리설파이드의 전해질로 용출되는 것을 억제하여 나타난 결과이다. 또한 S/CNT/NiO 전극의 유연성 테스트를 위해 1.6 × 4 ㎠의 파우치셀로 제작하여 폴딩한 상태와 하지 않은 상태에서 모두 620 mA h g-1의 안정적인 사이클 특성을 나타내었다.


Porous NiO synthesized via hydrothermal synthesis was used in the electrodes of lithium-sulfur batteries to inhibit the elution of lithium polysulfide. The electrode of the lithium-sulfur battery was manufactured as a freestanding flexible electrode using an economical and simple vacuum filtration method without a current collector and a binder. The porous NiO-added S/CNT/NiO electrode exhibited a high initial discharge capacity of 877 mA h g-1 (0.2 C), which was 125 mA h g-1 higher than that of S/CNT, and also showed excellent retention of 84% (S/CNT: 66%). This is the result of suppressing the dissolution of lithium polysulfide into the electrolyte by the strong chemical bond between NiO and lithium polysulfide during the charging and discharging process. In addition, for the flexibility test of the S/CNT/NiO electrode, the 1.6 × 4 ㎠ pouch cell was prepared and exhibited stable cycle characteristics of 620 mA h g-1 in both the unfolded and folded state.

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3황산 촉매를 이용한 글루코오스로부터 5-HMF 및 레불린산 생산을 위한 동역학적 연구

저자 : 한석준 ( Seokjun Han ) , 이승민 ( Seung Min Lee ) , 김준석 ( Jun Seok Kim )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 193-201 (9 pages)

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바이오매스로부터 얻는 5-HMF(5-hydroxymethylfurfural)과 레불린산(LA; levulinic acid)는 그린 플랫폼 화학물질로, 폭넓은 응용분야를 가지며 바이오연료 및 바이오 화학물질로써 사용된다. 본 연구에서는, 글루코오스(D-glucose) 분해로부터 레불린산 형성의 kinetic를 다양한 온도 및 황산 농도를 통해 연구하였다. 실험은 황산 촉매(1-3 wt%)을 사용하였으며, 온도(140-200 ℃)는 넓은 범위에서 수행되었다. 글루코오스 용액은 10 ml 황산 용액에 글루코오스 1g을 용해시켜 만들었다. 반응 속도는 온도에 따라 증가하였고 활성화 에너지는 이전에 보고된 값과 유사한 경향을 보였다. 5-HMF의 최대 농도에 대한 반응 시간은 온도가 증가함에 따라 감소하였다. 또한, 산 농도가 증가함에 따라 5-HMF의 분해속도가 빨라졌다. 황산 촉매의 농도가 증가함에 따라 레불린산의 최대 농도에 도달하는 시간이 줄어들었다. 온도를 계속 높이는 것은 레불린산의 최대 농도를 감소시켰고 휴민의 양을 증가시켰다. 결과를 통해 얻은 kinetic parameters는 5-HMF과 레불린산의 mechanism를 이해하는데 도움을 준다. 또한, 이 연구의 결과는 바이오매스에서 고농도의 레불린산 및 5-HMF를 얻어내는데 유용한 정보를 제공한다.


5-HMF(5-Hydroxymethylfurfural) and LA(levulinic acid) derived from biomass are green platform chemicals, which have a wide of potential applications as biofules and biochemicals. In this study, the kinetics of LA formation from glucose decomposition with various concentration of sulfuric acid at different temperature was investigated. The experiments were performed in a broad temperature (140-200 ℃), using H2SO4 (1-3 wt%) as the catalyst. Glucose solution was made by dissolving 1 g of glucose in 10 ml of H2SO4 solution. The reactions rates increased with temperature and the activation energy showed a similar tendency to previous reported values. Reaction time for maximum concentration of 5-HMF decreased as the temperature increased. Furthermore, the decomposition of 5-HMF was fast as the acid concentration increased. Reaction time to reach maximum concentration of levulinic acid was reduced as the acid concentration increased. Continuing to raise the temperature decreased the maximum concentration of levulinic acid and increased the amount of humins. On the basis of results, kinetic parameters help to understand mechanism of LA and 5-HMF. In addition, this study provides useful information to achieve high concentration of LA and 5-HMF from biomass.

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4고분자전해질 연료전지의 전극 열화 과정에서 고분자막에 석출된 백금에 관한 연구

저자 : 오소형 ( Sohyeong Oh ) , 권혜진 ( Hyejin Gwon ) , 유동근 ( Donggeun Yoo ) , 박권필 ( Kwonpil Park )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 202-207 (6 pages)

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고분자 전해질 연료전지(PEMFC)의 전극 열화에 대한 연구는 전극상에서 Pt의 입자 성장 및 활성면적 감소에 대한 연구가 대부분이다. 고분자막과 접해 있는 전극촉매 Pt의 열화는 고분자막 열화에 영향을 주는데, 이와 관련된 연구는 많지 않다. 본 연구에서는 전극촉매 열화 가속 시험 과정에서 열화된 Pt가 고분자막 내부에 석출되는 현상과 그 영향에 대해서 연구하였다. 백금 열화 속도를 가속화시키기 위해 전압 변화(0.6 V ↔ 0.9 V)를 30,000 사이클까지 반복했다. Cathode에 산소를 유입하면서 전압 변화 사이클을 반복했을 때 질소를 유입했을 때 보다 막 내부에 석출된 Pt의 양이 더 많았다. 전압 변화 사이클 횟수가 증가할수록 막 내부에 석출된 Pt의 양이 증가하였고, cathode에서 용해된 Pt가 anode 쪽으로 이동해 20,000 사이클에서는 막 내부에 전체적으로 균일한 분포를 보였다. 이와 같은 전극촉매 열화 가속 시험과정에서 고분자막의 수소투과 전류밀도는 거의 변하지 않아서, 석출된 Pt가 고분자막의 내구성에는 영향을 주지 않음을 확인하였다.


The study on electrode degradation of Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) was mainly studied on the particle growth and active area reduction of Pt on the electrode. The degradation of the electrode catalyst Pt in contact with the membrane affects the deterioration of the polymer membrane, but there are not many studies related to this. In this study, the phenomenon of the deposition of deteriorated Pt inside the polymer membrane during the accelerated electrode catalyst degradation test and its effects were studied. The voltage change (0.6 V ↔ 0.9 V) was repeated up to 30,000 cycles to accelerate the platinum degradation rate. When the voltage change cycle was repeated while oxygen was introduced into the cathode, the amount of Pt deposited inside the film was larger than when nitrogen was introduced. As the number of voltage change cycles increased, the amount of Pt deposited inside the membrane increased, and Pt dissolved in the cathode moved toward the anode, showing a uniform distribution throughout the membrane at 20,000 cycles. In the process of the accelerated electrode catalyst degradation test, the hydrogen crossover current density of the membrane did not change, and it was confirmed that the deposited Pt did not affect the durability of the membrane.

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5우리나라 전통 숯가마로부터 생산된 숯의 특성분석

저자 : 안기선 ( Ki Sun An ) , 곽이구 ( Lee Ku Kwak ) , 김홍건 ( Hong Gun Kim ) , 유승곤 ( Seung Kon Ryu )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 208-216 (9 pages)

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우리나라 전통 숯가마로부터 제조된 검탄 및 백탄의 표면형상과 흡착특성을 정량적으로 분석한 결과, 모든 시료의 열분석과 원소분석 등 물성은 제조회사마다 차이가 났고 백탄은 검탄에 비하여 확실히 열분해온도와 탄소함유량이 높았다. 숯의 표면형상으로부터 활성화는 목재의 축방향을 따라 발생하고 활성화정도가 증가함에 따라 대기공의 벽면에 반경방향으로 새로운 기공이 발달하여 기공들이 서로 관통됨을 알 수 있었다. BET 등온흡.탈착곡선은 대부분 낮은 상대압력에서 탈착이 안되는 이력현상을 보이므로서 미세공이 많이 발달된 Type I으로 분류되기 보다는 Type IV의 이력현상 경로와 겹쳐지는 숯 만의 독특한 탈착곡선을 보이고 있다. 낮은 압력 이력(low-pressure hysteresis)현상은 흡착질이 숯의 미세공 입구를 팽창시켜 끼이고는 탈착시에 빠져나오지 않기 때문이다. 따라서 분석된 비표면적값과 세공 크기분포도 등 숯의 흡착특성은 정확한 값을 나타내지 않는다. 이러한 특성값은 제조회사에 따라 다를 뿐만아니라 한 조각의 숯이라도 채취한 부위에 따라 크게 달랐다. 따라서, 우리나라 전통숯의 정량적 특성값을 제시하는 일은 쉽지 않고 흡착제나 특수한 용도로 응용하기 위하여는 각각의 목적에 맞는 일정 수준의 성능을 갖도록 품질기준을 제시할 필요가 있다.


Surface morphology and adsorption characteristics of black and white charcoals prepared from Korean traditional kiln were quantitatively analyzed. TGA and elemental analysis of charcoals were different from produced kiln, and thermal degradation temperature and carbon content of white charcoals were apparently higher than those of black charcoals. Surface morphology shows the activation progressed through the longitudinal direction of woods and new micropores were developed to radial direction on the surface of macropores as the furthermore activation resulting in the pore connection. BET adsorption isotherms show that there are low-pressure hysteresis due to the no desorption of adsorbates, which resulted in unique Type of charcoals overlapping Type I and Type IV. Such a low-pressure hysteresis is occurred from expansion of adsorbates, which were embedded in the micropore entrances and did not get out during the desorption run. The characteristics of charcoals such as specific surface area and pore size distribution did not show correct values depending on not only produced company but also sampling sites of one piece of charcoal. Therefore, it is not easy to suggest the quantitative characteristics of charcoals prepared from Korean traditional kiln. On the other hand, preparation the quality standard of charcoal is necessary for their special uses such as adsorbent.

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6PEMFC 고분자 막의 전기화학적 열화과정에서 OCV 감소 및 회복 거동을 통한 비가역적 열화 연구

저자 : 유동근 ( Donggeun Yoo ) , 박권필 ( Kwon-pil Park )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 217-222 (6 pages)

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고분자 전해질 연료전지(PEMFC) 고분자 막의 전기화학적 내구성을 가속적으로 평가하는 개회로 전위 유지(OCV holding) 과정에서 OCV 변화 거동을 해석하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 내구성이 각기 다른 세 종류의 MEA(membrane electrode assembly)의 실험데이터를 이용한 실험식을 만들어 비교 및 검토하였다. 막 내부에 라디칼 제거제가 없는 강화막 MEA의 내구 평가시간은 383 h, 막 내부에 라디칼 제거제가 있는 강화막 MEA의 내구 평가시간은 각각 1,000, 1,650 h이었다. 고분자 막의 열화는 활성화에 의해 회복이 가능한 가역적 열화와 회복이 되지 않은 비가역적 열화로 구분했다. 고분자 막의 비가역적 열화는 수소투과도 증가로 나타나는데 수소투과도 변화가 세 MEA 모두 비가역적 열화 상수 c와 유사한 형태를 보였다. 회복이 되지 않은 비가역적 열화가 시작되는 것은 수소투과도 증가로 나타나고, 수소투과도 증가로 인해 OCV가 회복되지 않아서 OCV 회복선의 기울기가 감소하고 이를 실험식의 상수 c 값의 증가로 확인할 수 있었다.


It is very important to analyze the OCV change behavior during the open circuit potential holding (OCV holding) process, which accelerates the evaluation of the electrochemical durability of the PEMFC membrane. In this study, an empirical formula using the experimental data of three MEAs with different durability was created and compared. The durability evaluation time of the reinforced membrane MEA without radical scavenger inside the membrane was 383 h, and the durability evaluation time of the reinforced membrane MEA with radical scavenger inside the membrane was 1,000 and 1,650 h, respectively. The degradation of the membrane was divided into the reversible degradation that can be recovered by activation and the irreversible degradation that is not recovered. The irreversible degradation of the membrane was indicated by an increase in hydrogen permeability, and the change in hydrogen permeability was similar to the irreversible degradation constant c of all three MEAs. The initiation of irreversible deterioration without recovery is indicated by an increase in hydrogen permeability, and the OCV is not recovered due to an increase in hydrogen permeability, so the slope of the OCV recovery line (ORL) decreases, which can be confirmed by an increase in the constant c value of the empirical formula.

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7주성분 분석과 서포트 벡터 머신을 이용한 폴리스티렌 중합 반응기 이상 진단 모델 개발

저자 : 정연수 ( Yeonsu Jeong ) , 이창준 ( Chang Jun Lee )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 223-228 (6 pages)

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화학공정에서 의도되지 않게 발생하는 이상은 큰 사고를 유발할 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 신속하게 이상의 원인을 감지하고 판별하는 이상 진단 모델이 필요하다. 하지만, 이상 진단을 연구하는 대부분 연구의 경우, 상용프로그램에서 공정 시뮬레이션을 이용하여 이상 데이터를 생성하고 이를 이용하여 연구한 방법론을 적용하고 있다. 이는 실제 공정상에서 이상을 포함하는 실제 데이터를 얻는 데 많은 제약이 있음을 의미한다. 본 연구에서는 실제 폴리스티렌 반응기에서 얻은 이상 데이터와 정상 데이터를 분석하여 적절한 이상 진단 모델을 설계하고자 하였다. 먼저, 정상 데이터를 분석하여 세 가지의 조업 모드가 존재함을 확인하였으며, 모드 판별을 위한 모델을 SVM (Support Vector Machine)을 이용하여 만들었다. 각 조업 모드 별로 PCA (Principal Component Analysis)를 이용하여 이상 진단 모델을 만들었으며, 실제 이상 데이터를 이용하여 계산한 결과 신속하게 이상을 진단할 수 있음을 확인하였다. 본 연구에서 제안한 모델을 통해, 실제 사고가 발생하는 경우 신속한 대처가 가능하며, 이는 잠재적인 손실의 감소에 기여할 수 있음을 의미한다.


In chemical processes, unintended faults can make serious accidents. To tackle them, proper fault diagnosis models should be designed to identify the root cause of faults. To design a fault diagnosis model, a process and its data should be analyzed. However, most previous researches in the field of fault diagnosis just handle the data set of benchmark processes simulated on commercial programs. It indicates that it is really hard to get fresh data sets on real processes. In this study, real faulty conditions of an industrial polystyrene process are tested. In this process, a runaway reaction occurred and this caused a large loss since operators were late aware of the occurrence of this accident. To design a proper fault diagnosis model, we analyzed this process and a real accident data set. At first, a mode classification model based on support vector machine (SVM) was trained and principal component analysis (PCA) model for each mode was constructed under normal operation conditions. The results show that a proposed model can quickly diagnose the occurrence of a fault and they indicate that this model is able to reduce the potential loss.

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8부유 및 퇴적의 분체 조건이 화재폭발 특성에 미치는 영향

저자 : 한우섭 ( Ou-sup Han ) , 서동현 ( Dong-hyun Seo ) , 최이락 ( Yi-rac Choi ) , 임진호 ( Jin-ho Lim )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 229-236 (8 pages)

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동일 분체특성의 분진이 평균입경, 농도, 분진조건(부유 또는 퇴적) 변화에 따른 화재폭발 위험성을 조사하였다. 이를 위해 20L분진폭발시험장치, 열중량분석장치, 연소속도시험장치(UN시험법)를 사용하였다. 4종 분진(Sugar, Mg, Al, Zr)의 입경이 서로 다른 8개 분진 시료에 대하여 부유 분진의 폭발특성과 화염전파속도(FPV), 그리고 퇴적분진의 화염확산속도(FSV)를 조사하였다. 부유 분진 조건에서 Mg 및 Al 분진은 입경이 감소하면 폭발 위험성이 증가하였지만, Sugar는 입경 변화에 따른 폭발 위험성의 영향이 거의 나타나지 않았다. 부유 분진의 화염전파속도(FPV)는 마이크로 범위에서의 입경 변화보다 마이크로에서 나노로 입경이 감소하면 크게 증가하였다. 퇴적층의 화염확산속도(FSV)는 수평면(기울기 0°)보다 경사면(기울기 30°)에서 증가하는 경향을 나타냈으며, 경사면(기울기 30°) 퇴적층 조건에서는 상방 전파가 하방 전파보다 높게 나타났다.


An experimental investigation was conducted on the influences of median size, dust concentration, dust condition (cloud and layer) for the fire and explosion hazard assessment of dusts with the same powder property. For this purpose, tests have been performed in accordance with 20 L explosion sphere, thermogravi- metric analyze, combustion rate tester (UN method). We investigated the explosion characteristics and flame propagation velocity (FPV) in dust cloud and the flame spread velocity(FSV) over dust layer on 8 dust samples with different particle sizes of 4 types of dusts (Sugar, Mg, Al, Zr). An explosion hazard increased with decreasing particle size in Mg and Al dust clouds, but sugar did not show the effect of explosion hazard due to particle size change in dust clouds. The flame propagation velocity (FPV) of suspended dusts increased significantly when the particle size decreased from micro to nano than the variation of particle size in micro range. The flame spread velocity (FSV) over dust layer showed a tendency to increase over the inclined dust layers (30° slope) rather than the horizontal dust layers (0° slope). The flame spread rate (FSV) over dust layers increased on the inclined dust layer (30° slope) rather than the horizontal dust layer (0° slope) and was higher upward flame than the downward flame in condition of inclined dust layers(30° slope).

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9잔류 용매 제거를 위한 (+)-dihydromyricetin의 에탄올 전처리 건조

저자 : 이희건 ( Hee-gun Lee ) , 김진현 ( Jin-hyun Kim )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 237-242 (6 pages)

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본 연구에서는 정제된(+)-dihydromyricetin로부터 잔류 용매를 효과적으로 제거할 수 있는 건조 방법을 개발하였다. 에탄올 전 처리를 통한 회전 증발(rotary evaporation)에 의해 잔류 아세톤 농도를 ICH 규정치(5,000 ppm) 이하로 효율적으로 제거하였다. 또한 잔류 에탄올 역시 물 첨가를 통한 회전 증발로 ICH 규정치(5,000 ppm)를 충족시켰으며 잔류 수분 함량은 4% 이내였다. 모든 건조 온도(35, 45, 55 ℃)에서 잔류 용매는 건조 초기에 급격히 제거되었으며 건조 효율은 건조 온도가 높을수록 증가하였다. 건조 메커니즘 조사 결과, 에탄올 전 처리에 의한 잔류 용매 제거는 아세톤-에탄올 혼합물의 높은 증기압과 아세톤-에탄올 간의 수소 결합과 연관됨을 알 수 있었다.


In this study, a drying method that can effectively remove residual solvent from (+)-dihydromyricetin was developed. Residual acetone concentration was efficiently removed below ICH-specified value (5,000 ppm) by simple rotary evaporation with ethanol pretreatment. In addition, the residual ethanol met the ICH-specified value (5,000 ppm) by simple rotary evaporation through the addition of water, and the residual moisture also met the specified value (<4%) for active pharmaceutical ingredients. At all the drying temperature (35, 45, and 55 ℃), a large amount of the residual solvent was initially removed during the drying, and the drying efficiency increased when increasing the drying temperature. Removal of residual solvent by ethanol pretreatment was shown to be related to high vapor pressure of acetone-ethanol mixture and hydrogen bonding between acetone and ethanol.

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10정전발전 기반 바람에너지 수확장치의 최적화 및 고전압 생성을 위한 활용 방안

저자 : 장순민 ( Sunmin Jang ) , 라윤상 ( Yoonsang Ra ) , 조수민 ( Sumin Cho ) , 감동익 ( Dongik Kam ) , 신동진 ( Dongjin Shin ) , 이희규 ( Heegyu Lee ) , 최부희 ( Buhee Choi ) , 이세혁 ( Sae Hyuk Lee ) , 차경제 ( Kyoung Je Cha ) , 서경덕 ( Kyoung Duck Seo ) , 김형우 ( Hyung Woo Kim ) , 최동휘 ( Don

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 243-248 (6 pages)

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휴대형, 착용형 전자기기의 활용범위가 넓어지면서, 무겁고 부피가 큰 고체 배터리의 한계점이 드러나고 있으며, 배터리의 역할을 일부 분담할 수 있는 소형 에너지 수확 장치의 개발이 시급한 가운데, 일상 생활 속에서 버려지는 에너지원에 대한 활용도가 중요해지고 있다. 정전발전 기술은 두 물질 표면의 접촉과 분리에 의해 발생되는 마찰대전 효과와 전하유도 현상에 기반해 전기를 생산할 수 있기 때문에, 주변환경에 존재하는 역학적, 기계적 에너지원을 복잡한 중간과정을 거치지 않고도 효과적으로 수확할 수 있다는 장점을 지니고 있다. 인간의 주변환경에 존재하는 에너지원 중에서도 바람에너지는 자연환경에 존재하는 무한한 친환경 에너지원으로써, 그 수확과 활용에 대한 관심이 높은 신재생 에너지원이다. 본 연구에서는 정전발전 기술을 기반으로 하여 이러한 바람에너지의 효과적 수확을 위한 에너지 수확 장치의 최적화와 정전발전 기술의 활용도를 극대화할 수 있는 활용 방안에 대해 분석하였다. Fluttering film을 이용한 Natural wind based Fluttering TENG (NF-TENG)를 개발하였으며, 바람에너지의 효과적 수확을 위해 설계 최적화를 진행하였다. 또한 낮은 전류와 높은 전압을 발생시키는 TENG의 고유 특징을 부각하여 안전한 고전압 발생 시스템을 개발하여 고전압을 요구하는 분야에서의 활용 방안을 제안하였다. 따라서 본 연구에서 도출한 연구 결과는 정전발전 기술을 기반으로 하는 소형 에너지 수확장치를 이용해 일상생활 속에서 버려지는 바람에너지를 수확하여 고전압이 필요한 분야에서 폭넓게 활용할 수 있는 방법으로써 큰 잠재력을 보여줌을 시사한다.


As the scope of use of portable and wearable electronic devices is expanding, the limitations of heavy and bulky solid-state batteries are being revealed. Given that, it is urgent to develop a small energy harvesting device that can partially share the role of a battery and the utilization of energy sources that are thrown away in daily life is becoming more important. Contact electrification, which generates electricity based on the coupling of the triboelectric effect and electrical induction when the two material surfaces are in contact and separated, can effectively harvest the physical and mechanical energy sources existing in the surrounding environment without going through a complicated intermediate process. Recently, the interest in the harvest and utilization of wind energy is growing since the wind is an infinitely ecofriendly energy source among the various environmental energy sources that exist in human surroundings. In this study, the optimization of the energy harvesting device for the effective harvest of wind energy based on the contact electrification was analyzed and then, the utilization strategy to maximize the utilization of the generated electricity was investigated. Natural wind based Fluttering TENG (NF-TENG) using fluttering film was developed, and design optimization was conducted. Moreover, the safe high voltage generation system was developed and a plan for application in the field requiring high voltage was proposed by highlighting the unique characteristics of TENG that generates low current and high voltage. In this respect, the result of this study demonstrates that a portable energy harvesting device based on the contact electrification shows great potential as a strategy to harvest wind energy thrown away in daily life and use it widely in fields requiring high voltage.

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1메탈폼 지지체를 이용한 액체연료 분해반응 촉매의 흡열특성

저자 : 문정인 ( Jeongin Mun ) , 김나리 ( Nari Kim ) , 정병훈 ( Byunghun Jeong ) , 정지훈 ( Jihoon Jung )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 481-486 (6 pages)

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극초음속 비행체의 비행 중에 발생되는 열 문제를 해결하기 위해 탑재된 연료의 분해반응 시 나타나는 흡열효과를 이용하는 냉각기술이 개발되고 있다. 본 연구에서는 HZSM-5를 촉매로 사용하여 n-dodecane 연료의 분해반응을 수행하였으며, 촉매 분해반응의 흡열효과를 극대화하고 코크생성을 억제하기 위해 촉매를 메탈폼에 코팅하였다. 반응기는 외경 1.27 cm의 스테인리스 스틸 흐름형 반응기를 사용하였다. HZSM-5를 메탈폼에 코팅한 촉매를 사용한 촉매 분해 반응 결과 흡열량은 최대 2887 kJ/kg, 기상전환율은 34% 이었으며, 메탈폼의 코크생성량은 촉매를 코팅함에 따라 촉매를 코팅하지 않은 것에 비해 약 56% 감소하였다.

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2피치로 코팅된 Nano Silicon Sheets/Graphite 음극복합소재의 전기화학적 특성

저자 : 이태헌 ( Tae Heon Lee ) , 이종대 ( Jong Dae Lee )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 487-492 (6 pages)

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본 연구에서는 피치가 코팅된 실리콘 시트/흑연 음극복합소재의 전기화학적 특성을 조사하였다. NaCl을 주형으로 하여 스토버 법 및 마그네슘 열 환원법을 통해 실리콘 시트를 제조하고, 양친성 물질인 SDBS로 흑연과 결합시켜 실리콘 시트/흑연을 합성하였다. THF를 용매로 석유계 피치가 코팅된 실리콘 시트/흑연 음극복합소재를 제조하였고, 음극복합소재의 물리적 특성은 XRD, SEM, EDS와 TGA를 통해 분석하였다. 전기화학적 특성은 LiPF6 (EC:DMC:EMC=1:1:1 vol%)의 전해액을 사용해 전지를 제조하여, 충·방전 사이클, 율속, 순환전압전류, 전기화학적 임피던스 테스트를 통해 조사하였다. 실리콘 조성이 증가함에 따라 방전 용량이 증가하였고, 장기 안정성은 감소하는 경향을 보였다. 30 wt% 실리콘 조성을 갖는 실리콘 시트/흑연 복합소재에 피치를 코팅한 음극복합소재는 1228.8 mAh/g의 높은 초기 방전 용량을 보였으며, 50사이클 이후 용량 유지율은 77%로 실리콘 시트/흑연 복합소재에 비해 안정성이 개선됨을 알 수 있었다.

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3Kinetics, Isotherm and Adsorption Mechanism Studies of Letrozole Loaded Modified and Biosynthesized Silver Nanoparticles as a Drug Delivery System: Comparison of Nonlinear and Linear Analysis

저자 : Mahsa Pourshaban , Elham Moniri , Raheleh Safaeijavan , Homayon Ahmad Panahi

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 493-502 (10 pages)

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We prepared and investigated a biosynthesized nanoparticulate system with high adsorption and release capacity of letrozole. Silver nanoparticles (AgNPs) were biosynthesized using olive leaf extract. Cysteine was capped AgNPs to increase the adsorption capacity and suitable interaction between nanoparticles and drug. Morphology and size of nanoparticles were confirmed using transmission electron microscopy (TEM). Nanoparticles were spherical with an average diameter of less than 100 nm. Cysteine capping was successfully confirmed by Fourier transform infrared resonance (FTIR) spectroscopy and elemental analysis (CHN). Also, the factors of letrozole adsorption were optimized and the linear and non-linear forms of isotherms and kinetics were studied. Confirmation of the adsorption data of letrozole by cysteine capped nanoparticles in the Langmuir isotherm model indicated the homogeneous binding site of modified nanoparticles surface. Furthermore, the adsorption rate was kinetically adjusted to the pseudo-second-order model, and a high adsorption rate was observed, indicating that cysteine coated nanoparticles are a promising adsorbent for letrozole delivery. Finally, the kinetic release profile of letrozole loaded modified nanoparticles in simulated gastric and intestinal buffers was studied. Nearly 40% of letrozole was released in simulated gastric fluid with pH 1.2, in 30 min and the rest of it (60%) was released in simulated intestinal fluid with pH 7.4 in 10 h. These results indicate the efficiency of the cysteine capped AgNPs for adsorption and release of drug letrozole for breast cancer therapy.

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4담수 사용 NaBH4 가수 분해반응에 의한 수소발생

저자 : 오소형 ( Sohyeong Oh ) , 유동근 ( Donggeun Yoo ) , 김태호 ( Taeho Kim ) , 김익균 ( Ikgyun Kim ) , 박권필 ( Kwon-pil Park )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 503-507 (5 pages)

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이동용 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 수소발생용으로써 NaBH4는 많은 장점을 갖고 있다. 야외에서 PEMFC가 이송형으로 사용될 때 증류수대신 담수를 이용해 NaBH4 가수분해하면 경제적이다. 그래서 본 연구에서는 NaBH4 가수분해 과정에 증류수대신 담수를 이용해 수소를 발생시켰다. 활성탄 담지 Co-P-B/C 촉매를 사용해 NaBH4 가수분해 특성에 대해 연구하였다. 담수는 NaBH4 가수분해과정에서 4수화물을 발생시키지 않았고, 증류수는 4수화물 부산물이 생성되어 가수분해과정에서 많은 물이 소모되어서 NaBH4 25% 이상 고농도에서 반응 종료시점에는 건조한 부산물과 미반응 NaBH4가 남았음을 확인하였다. 이 결과 담수를 사용했을 때 NaBH4 25% 이상 고농도에서 증류수보다 수소 수율과 수소발생속도가 더 높아 무인항공기등 이송형 연료전지에도 적용하기에 적합함을 보였다.

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5PEMFC에 사용되는 강화막과 비강화막의 Fenton 반응에 의한 열화 비교

저자 : 오소형 ( Sohyeong Oh ) , 유동근 ( Donggeun Yoo ) , 이미화 ( Mihwa Lee ) , 박지상 ( Jisang Park ) , 박권필 ( Kwon-pil Park )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 508-513 (6 pages)

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고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 내구성을 향상시키기 위해서는 필수적으로 고분자막의 내구성이 향상되어야한다. 고분자막의 내구성을 향상시키기 위해서 e-PTFE 지지체와 라디칼 제거제(Radical Scavenger)가 첨가된다. 본 연구에서는 e-PTFE 지지체가 들어간 강화막(Reinforced Membrane)과 비강화막(Non-reinforced Membrane)의 화학적 내구성을 Fenton 반응에 의해 비교하고자 하였다. 라디칼 제거제가 첨가되지 않은 고분자막의 Fenton 실험에서는 작게 절단한 시편의 단면을 통한 과산화수소 용액과 철이온의 흡수율이 강화막에서 더 높아 불소유출농도가 더 높게 나타났다. 라디칼 제거제의 종류와 첨가량에 따라 강화막의 불소유출농도가 3배 이상의 큰 차이가 발생해서 라디칼 제거제의 영향이 지지체의 영향보다 강한 것을 알 수 있었다.

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6Iron Oxide(Ⅱ, Ⅲ)와 Valine을 이용한 키토산 나노입자의 약물전달 연구

저자 : 장소현 ( So-hyeon Jang ) , 강익중 ( Ik-joong Kang )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 514-520 (7 pages)

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나노입자에 기초한 약물 전달 시스템(DDS, Drug Delivery System)은 약물 방출의 매개체로서 약물의 방출량을 조절하고 적합한 장소에 전달하여 효능을 향상시키기 위해 사용되어왔다. 독성이 없고 생 분해성인 Chitosan은 좋은 생체 적합성을 가지고, 뛰어난 흡착력을 가져 약물전달체로 제조할 수 있다. 기본 아미노산 중 하나인 Valine은 근육의 성장과 조직의 회복을 돕는 물질이며 다른 아미노산과 함께 혈당 수치를 낮추고 성장호르몬 생산을 증가시키는 필수아미노산이다. 본 연구에서는 Valine을 약물 흡수가 가능한 자성 Chitosan에 흡착시켜 TPP (tripolyphosphate)와의 crosslinking을 통해 약물전달체를 제조한 후, 흡수 및 방출 경향성에 대해 알아보았다. 안정성이 비교적 높은 Fe3O4를 사용하여 약물전달체가 자성을 띠게 만들어 표적 부위로 약물을 전달할 수 있도록 하였다. 최적의 조건에서 제조한 약물전달체를 아미노산의 정색반응인 Ninhydrin test를 통해 흡수 및 방출 경향성을 UV-Vis로 분석하여 확인하고 입자의 크기를 측정함으로써 약물전달체로 적합한 것을 확인하였다.

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7CFD를 이용한 진공가압함침공정 내 유해가스 배출시스템 설계

저자 : 장준규 ( Jungyu Jang ) , 유엽 ( Yup Yoo ) , 박현도 ( Hyundo Park ) , 문일 ( Il Moon ) , 임백규 ( Baekgyu Lim ) , 김정환 ( Junghwan Kim ) , 조형태 ( Hyungtae Cho )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 523-533 (11 pages)

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진공가압함침공정(Vacuum Pressure Impregnation, VPI)은 발전기, 전동기 등 대형 회전기에 사용되는 고정자 권선에 에폭시 계열의 레진을 코팅시켜 물성을 강화하는 공정이다. VPI 공정 중 진공과 가압과정에서 에폭시 레진의 기화에 의해 레진 가스가 발생하고, 함침공정이 끝나고 경화를 위해 탱크 개방 시 레진 가스가 제거되지 않고 탱크 밖으로 유출된다. 유출된 레진 가스가 작업장 전체에 확산 시 화재, 폭발 및 호흡기 문제와 같은 안전 환경 문제가 있으므로 공정 내 레진 가스 배출시스템이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 VPI 공정에서 발생한 레진 가스를 배출하는 시스템을 설계하기 위해 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)을 이용하여 공기 유입구·배출구의 위치에 따른 배출효율에 대한 사례연구를 진행하였다. 본 연구의 최적의 배출시스템을 활용 시 1,800초 이내 90%이상의 레진 가스를 배출할 수 있으며, 레진 가스의 폭발하한계(Low Explosive Limit, LEL)이하로 레진 가스의 분율을 낮출 수 있었다.

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8시계열 교차검증을 적용한 2,3-BDO 분리공정 온도예측 모델의 초매개변수 최적화

저자 : 안나현 ( Nahyeon An ) , 최영렬 ( Yeongryeol Choi ) , 조형태 ( Hyungtae Cho ) , 김정환 ( Junghwan Kim )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 532-541 (10 pages)

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최근 인공지능에 대한 관심이 높아짐에 따라 화학공정분야에서도 인공지능을 활용한 연구가 많아지고 있다. 그러나 인공지능 기반 모델이 충분히 일반화되지 않아 학습에 이용되지 않은 새로운 데이터에 대한 예측률이 떨어지는 과적합 현상이 빈번하게 일어나고 있으며, 교차검증은 과적합을 해결하는 방법 중 하나이다. 본 연구에서는 2,3-BDO 분리 공정 온도 예측 모델의 초매개변수 중에서 배치 개수와 반복횟수를 조정하기 위해 시계열 교차검증을 적용하고 일반적으로 사용되는 K 겹 교차검증과 비교하였다. 결과적으로 K 겹 교차검증을 사용했을 때 보다 시계열 교차검증 방식을 사용했을 때 MAPE는 0.61% 증가한 반면 RMSE는 9.06% 감소하였고 학습 시간은 198.29초 적게 소요되었다.

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9저점도 액 통기 교반용 글라스라이닝 홈베이스 임펠러의 최적 형상

저자 : 고승태 ( Seung-tae Koh )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 542-547 (6 pages)

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글라스 라이닝 임펠러는 강산을 포함한 대부분의 화학물질들에 대해 내부식성이 있고, 또한 평활하고 눌어붙지 않는 표면을 가지며 세정이 용이하고 프로세스에 불순물들을 유입하지 않는 강점을 갖고 있다. 글라스 라이닝 HOMEBASE 임펠러는 저점도 유체에서 고점도 유체까지 폭넓은 점도 범위의 액체를 교반할 수 있도록 개발된 다목적형 대형 교반 임펠러이나, 그중에서도 세포 배양이나 효모의 배양, 맥주 발효 솥 등은 저점도 액의 통기 교반에 많이 사용하며, 특히 공기-수계의 통기성 교반에 많이 적용한다. 구조가 간단하면서도 성능 면에서 경쟁력을 갖는 HOMEBASE 임펠러에 대한 글라스 라이닝은 제작상 임펠러와 샤프트의 접합 면적을 가능한 한 작게 할 수 있도록 상하 분할이 필수적이다. 임펠러의 상하 분할은 혼합 성능에는 거의 영향을 미치지 않지만, 통기 성능을 저하하였다. 본 연구에서는 Glass Lined HOMEBASE 임펠러 형상의 최적화를 위해, 상·하부로 분할된 임펠러 사이의 장착각도차와 임펠러 사이의 간격 및 방해판의 개수가 통기 동력에 미치는 영향에 관한 연구를 수행하였다. 상·하부로 분할된 임펠러 사이의 장착각도차와 간격이 통기를 할 때의 동력 Pg와 통기가 없을 때의 동력 P0의 비인 Pg/P0를 저하시킨다는 연구 결과를 통해 Glass Lined HOMEBASE 임펠러 최적 형상과 방해판 조건을 도출하였다.

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10리그노셀룰로오스 섬유 기반 활성탄-첨가 섬유판 필터의 미세먼지 저감장치용 적용가능성 평가

저자 : 양인 ( In Yang ) , 소재민 ( Jae Min So ) , 황정우 ( Jeong Woo Hwang ) , 최준원 ( Joon Weon Choi ) , 이영규 ( Young-kyu Lee ) , 최원실 ( Wonsil Choi ) , 오승원 ( Seung Won Oh ) , 문명철 ( Myoung Cheol Moon )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 59권 4호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 548-556 (9 pages)

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본 연구는 부직포의 환경오염 문제를 해결하기 위하여 리그노셀룰로오스 섬유와 야자각 활성탄(CSA)을 이용한 미세먼지-저감 여과필터의 제조 가능성을 조사하였다. CSA의 경우, 휘발성 유기화합물(VOC)과 유해금속의 저감을 위한 여과필터 제조용 원료로서 적용 가능성을 확인하였으며, CSA의 VOC 저감효과는 목섬유보다 5배 이상으로 측정되었다. 돈모, 인모, 돈혈과 같은 단백질계 원료와 낙엽송 수피 열수 추출물을 이용하여 조제한 천연접착제를 적용하여 최소 200 kg/㎥의 목표밀도와 함께 최대 40 wt%의 CSA로 제조된 섬유판은 취급이 가능한 강도를 보유한 것으로 나타났다. 그러나 이 조건에서 제조된 섬유판의 경우, 통기성이 낮아 이를 해결하기 위하여 통기구를 가진 섬유판의 제조가 요구되었다. 활성탄으로 사용한 CSA는 강도 및 성형성을 고려하여 입자의 크기는 2 mesh 이상으로 조절이 필요하였고, 표층에는 목섬유만 심층에는 목섬유와 활성탄으로 구성된 3층 섬유판으로 제조하는 방안이 최적조건으로 도출되었다. 한편 필터지(한지)는 우수한 미세먼지 여과능을 가진 것으로 조사되었으며, 결과적으로 타공 섬유판과 함께 한지로 구성된 여과필터 세트가 부직포로 생산되고 있는 기존 여과필터를 대신하여 실내외 공간에 존재하는 미세먼지 외에 VOC와 유해금속 등의 저감장치용 여과필터로서 사용이 가능한 것으로 나타났다.

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