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한국공업화학회> 공업화학> 실란 커플링제 프로필트리메톡시실란에 의해 표면 개질된 CaCO3 나노입자가 에멀젼과 기포 안정성에 미치는 영향에 관한 연구

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실란 커플링제 프로필트리메톡시실란에 의해 표면 개질된 CaCO3 나노입자가 에멀젼과 기포 안정성에 미치는 영향에 관한 연구

Effect of Surface Modification of CaCO3 Nanoparticles by a Silane Coupling Agent Propyltrimethoxysilane on the Stability of Emulsion and Foam

이예진 ( Yejin Lee ) , 박기호 ( Kiho Park ) , 임종주 ( Jongchoo Lim )
  • : 한국공업화학회
  • : 공업화학 31권1호
  • : 연속간행물
  • : 2020년 02월
  • : 49-56(8pages)
공업화학

DOI


목차

1. 서 론
2. 실 험
3. 결과 및 고찰
4. 결 론
감 사
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본 연구에서는 실란 커플링제 프로필트리메톡시실란(propyltrimethoxysilane, PTMS)을 사용하여 CaCO3 나노입자의 표면을 개질하였으며, 개질된 CaCO3 나노입자를 에멀젼 유화제 및 기포 안정화제로의 적용 가능성을 시험하고자 나노입자 표면의 소수성 변화가 기포와 에멀젼의 안정성에 미치는 영향에 관하여 살펴보았다. PTMS에 의한 CaCO3 나노입자의 표면 개질은 FT-IR, TGA, DSC 분석을 통하여 확인하였으며, XRD 및 XPS 분석을 통하여 나노입자 표면의 원소 분석을 실행하였다. 또한 부상 시험과 접촉각 측정을 통하여 PTMS 농도가 CaCO3 나노입자의 표면 개질에 미치는 영향에 관하여 살펴보았다.
In this study, surface modification of CaCO3 nanoparticles by a silane coupling agent propyltrimethoxysilane (PTMS) was conducted and the effect of surface hydrophobicity on the stability of foam and emulsion was studied in order to test the potential applicability as a foam stabilizer or an emulsifier. The surface modification of CaCO3 nanoparticles by PTMS was confirmed by FT-IR, DSC and TGA analysis. The atomic concentration of CaCO3 particle surface treated by PTMS has been also identified by using XRD and XPS analyses. Both floating tests and contact angle measurements were also performed to examine the effect of PTMS concentration on the surface modification of CaCO3 nanoparticles.

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I410-ECN-0102-2021-500-000485391

간행물정보

  • : 공학분야  > 화학공학
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  • : 학술지
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33권4호(2022년 08월) 수록논문
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1바이오매스 활용 연료전지 열병합발전시스템을 위한 연료화 공정

저자 : 홍기훈 ( Gi Hoon Hong ) , 엄성현 ( Sunghyun Uhm ) , 황상연 ( Sangyeon Hwang )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 4호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 335-342 (8 pages)

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화석연료 사용 비중이 큰 농업분야에서는 최근 불안한 국제정제와 맞물린 에너지 가격 상승과 활발한 스마트팜 보급으로 전력사용량까지 증가하는 에너지 사용 패턴 변화로 새로운 국면을 맞고 있다. 따라서 친환경 분산형 전원으로 연료전지를 이용하며, 바이오매스를 직접 연료로 사용할 수 있는 연료전지 열병합발전 시스템은 농가에 열 및 전기에 너지를 동시에 공급할 수 있는 효과적인 에너지시스템으로 인식되고 있다. 본 총설 논문에서는 바이오매스, 특히 농업 부산물을 연료로 활용하기 위한 연료전지 기반의 열병합발전 시스템에 대한 공정 구성과 기술적 동향을 제시하고, 통합 연계공정 설계 시 고려해야 할 부분들을 논의하고자 한다.


In the agricultural sector where the fossil fuels are primary energy resources, the current global energy crisis together with the dissemination of smart farming has led to the new phase of energy pattern in which the electricity demand is growing faster particularly. Therefore, the fuel cell combined heat and power system, coupling the environmentally friendly fuel cell to biomass treatment and feeding, can be regarded as the most effective energy system in agriculture. In this mini-review, we discuss the R&D trend of the fuel cell combined heat and power system aimed at utilizing agricultural by-products as fuels and highlight the issues in terms of the process configuration and interconnection of individual processes.

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2리튬이온 전지용 분리막의 표면 개질 기술 및 연구 동향

저자 :

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 4호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 343-351 (9 pages)

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리튬이온 전지(lithium-ion batteries, LIBs)는 높은 에너지 밀도, 느린 자가방전율, 고율 충전 능력 및 긴 배터리 수명 등의 좋은 성능으로 촉망받는 에너지 저장 장치로 꼽힌다. 그러나 고에너지 밀도의 전기자동차 및 대형 디바이스 산업에서 이러한 LIBs의 적용은 큰 안전 문제를 일으키고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 열적 안정성 및 내재적 안전성이 높은 재료를 개발하는 것이 LIBs의 안정성 및 전기화학적 성능을 향상시키는 궁극적인 해결방법이다. 본 총설에서는 상용 분리막의 안정성 문제 극복을 위한 분리막의 표면 개질 기술을 소개하였으며 이를 이용하여 개질된 리튬이온 전지용 분리막을 활용한 연구 동향을 요약, 정리하였다. 또한 이를 기반으로 표면 개질에 따른 분리막에 대한 향후 전망을 논의하였다.


Lithium-ion batteries (LIBs) are considered promising energy storage devices with good performance such as high energy density, slow self-discharge rate, high rate charge capacity, and long battery life. However, the application of these LIBs in the high-energy density electric vehicle and large device industries poses a major safety problem. In order to solve this problem, developing a material having high thermal stability and intrinsic safety is the ultimate solution for improving the stability and electrochemical performance of LIBs. This review introduced a surface modification technology of a separator to overcome the stability problem of a commercial separator, and summarized and summarized the research trends using the modified separator for a lithium-ion battery. Based on this, the future prospects for the separator development by surface modification were discussed.

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3Recent Advances in the Removal of Radioactive Wastes Containing 58Co and 90Sr from Aqueous Solutions Using Adsorption Technology

저자 : Krishnapandi Alagumalai , Jeong Hyub Ha , Suk Soon Choi

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 4호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 352-366 (15 pages)

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Nuclear power plant operations for electricity generation, rare-earth mining, nuclear medical research, and nuclear weapons reprocessing considerably increase radioactive waste, necessitating massive efforts to eradicate radioactive waste from aquatic environments. Cobalt (58Co) and strontium (90Sr) radioactive elements have been extensively employed in energy generation, nuclear weapon testing, and the manufacture of healthcare products. The erroneous discharge of these elements as pollutants into the aquatic system, radiation emissions, and long-term disposal is extremely detrimental to humans and aquatic biota. Numerous methods for treating radioactive waste-contaminated water have emerged, among which the adsorption process has been promoted for its efficacy in eliminating radioactive waste from aquatic habitats. The current review discusses the adsorptive removal of radioactive waste from aqueous solutions using low-cost adsorbents, such as graphene oxide, metal-organic frameworks, and inorganic metal oxides, as well as their composites. The chemical modification of adsorbents to increase their removal efficiency is also discussed. Finally, the current state of 58Co and 90Sr removal performances is summarized and the efficiencies of various adsorbents are compared.

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4PVC-THF 용액에 비용매 첨가에 따른 PVC 박막의 표면 특성 분석

저자 : 이승규 ( Seung Gyu Lee ) , 문제철 ( Je Cheol Moon ) , 이원규 ( Won Gyu Lee )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 4호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 367-372 (6 pages)

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폴리염화비닐(polyvinylchloride, PVC)-tetrahydrofuran (THF) 용액에 PVC 비용매의 첨가와 박막 건조 공정이 PVC 박막에 미치는 영향을 분석하였다. 사용된 비용매는 알코올과 비알코올계로 구성되었으며, 첨가에 따른 PVC 박막의 표면 거칠기와 표면 형상의 차별성에 따른 소수성 성질을 비교하였다. PVC-THF 용액 제조과정에 발생하는 용액 내 기포 함유가 박막의 표면 구조에 미치는 영향이 큼을 확인하였다. 상대적인 고농도 PVC-THF 용액에서 코팅 박막의 정상적 표면 물성을 구현하기 위하여 적절한 박막 건조법의 선택이 요구된다. 알코올계 비용매를 첨가할 경우 과립형 형상의 다공성 표면을 갖는 PVC 박막이 얻어져 초소수성 특성을 보인다. 비용매에 대한 PVC-THF 용액의 부피 비는 코팅 박막의 표면 형상에 영향을 주며, 비용매 첨가량이 많을수록 초소수성 PVC 박막을 형성하는 데 유리하다.


The effect of the addition of a polyvinylchloride (PVC) non-solvent to a PVC-tetrahydrofuran (THF) solution on the surface properties of the PVC thin film was analyzed. The non-solvents used were composed of alcohol-based and non-alcoholic ones. Surface morphologies of PVC thin films according to the addition of the non-solvent were compared. In addition, the hydrophobic properties relying on the surface characteristics were compared. The micro-bubbles generated in the preparation of PVC-THF solution affected the surface morphology of the thin film. In order to implement the normal surface physical properties of the coating thin film at the relatively high concentration of PVC-THF solution, the selection of appropriate drying method was required. When an alcohol-based non-solvent was added, a PVC thin film having a granular porous surface was obtained and exhibited super hydrophobic properties. The volume ratio of the PVC-THF solution to the non-solvent affects the surface shape of the coating thin film. The larger the amount of non-solvent was added, the more advantageous it was to form a super hydrophobic PVC thin film.

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5일부 목재의 연소 시 발생되는 연기의 위험성 평가

저자 : 정영진 ( Yeong-jin Chung ) , 진의 ( Eui Jin )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 4호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 373-380 (8 pages)

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본 연구에서는 화재 시 연기안전 등급 평가를 표준화하기 위해 Chung's equations 1, 2와 3을 확장하여 Chung's equations-Ⅴ인 연기성능지수-Ⅴ와 연기성장지수-Ⅴ를 산정하였다. 5종류의 목재를 선별하여 ISO 5660-1의 규격에 의한 콘 칼로리미터(cone calorimeter)법으로 연기지수들을 측정하였다. Chung's equation-Ⅵ에 따라 연기위험성지수-Ⅵ에 의한 연기위험성을 등급화 하였다. 연기위험성지수-Ⅵ는 PMMA(1) ≈ 단풍나무(1.01) < 물푸레나무(1.57) < 전나무(4.98) <오동나무(46.15) < 적삼목(106.26)의 순서로 증가하였다. 단풍나무, 물푸레나무의 연기위험성이 가장 낮고, 오동나무, 적삼목이 가장 높은 것으로 예측되었다. 시험편 5종의 일산화탄소 평균생성속도는 0.0009~0.0024 g/s으로 나타났으며, 이들 목재는 기준 물질인 polymethyl methacrylate보다 불완전연소 물질임을 나타내었다. 선정된 목재들의 연기특성은 체적밀도가 높을수록 연기성능지수-Ⅴ (SPI-Ⅴ)이 증가하였고, 연기위험성지수-Ⅵ (SRI-Ⅵ)가 감소하였다.


In this study, Chung's equations 1, 2, and 3 were extended to standardize smoke safety rating evaluation in case of fire, and Chung's equations-V, smoke performance index-V, and smoke growth index-V were calculated. Five types of wood were selected and their smoke indices were measured using the cone calorimeter method according to ISO 5660-1. The smoke risk was graded by the smoke risk index-VI according to Chung's equation-VI. Smoke risk index-VI increased in the order of PMMA (1) ≈ maple (1.01) < ash (1.57) < needle fir (4.98) < paulownia (46.15) < western red cedar (106.26). It was predicted that maple and ash had the lowest smoke risk, and paulownia and western red cedar had the highest. The five samples' CO mean production rate (COPmean) was 0.0009~0.0024 g/s, indicating that these woods were incompletely burned than the polymethyl methacrylate (PMMA) reference material. Regarding the smoke properties of the chosen woods, the smoke performance index-V (SPI-V) increased as the bulk density increased, and the smoke risk index-VI (SRI-VI) decreased.

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6탄소필러와 에스테르계 바인더가 전도성 페이스트의 반응성 및 PET 필름과의 접착특성에 미치는 영향

저자 : 심창업 ( Chang Up Shim ) , 구효선 ( Hyo Sun Ku ) , 김연철 ( Youn Cheol Kim )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 4호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 381-385 (5 pages)

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유해화학물질의 감지 센서 개발을 위해 기재 필름과 전도성 페이스트의 접착 내구성 확보가 매우 중요하다. 본 연구에서는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET) 필름에 폴리아닐린/그래핀나노플레이트(grapheme nano plate, GNP) 페이스트를 코팅하여 접착 특성을 평가한 결과 cross cut 0B 또는 1B 등급으로 센서 적용에 문제가 있어 에스테르계 바인더를 이용하여 접착 특성 개선 연구를 수행하였다. 에스테르계 바인더가 10 wt% 이상 첨가되면 센서 적용이 가능한 cross cut 등급이 3B 이상을 나타내었다. 바인더의 과량 첨가는 전도성 페이스트의 전기적 특성에 영향을 줄 수 있으며 실제로 황산에 대한 반응성이 감소함을 확인하였다. 전기적 특성 개선을 위해 카본블랙(carbon black, CB) 함량 변화 시험을 수행하였고 CB 2 wt%에서 최적의 전기적 특성을 보임을 확인하였다.


It is very important to secure the adhesion durability between the base film and the conductive paste for the development of a sensor for detecting hazardous chemicals. In this study, an ester binder was used to improve the adhesive properties which can be a problem when applying the sensor to the cross cut 0B or 1B grade. This problem was found while evaluating the adhesive properties by coating the polyaniline/graphene nano plate (GNP) paste on the polyethylene terephthalate (PET) film. When 10 wt% or more of the ester-based binder was added, the cross cut grade to which the sensor can be applied was 3B or higher. It was confirmed that the excessive addition of the binder may affect the electrical properties of the conductive paste and actually decrease the reactivity to sulfuric acid. To improve the electrical property, a carbon black (CB) content was varied resulting in the optimum electrical property observed at 2 wt% of CB.

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7실란 커플링제 옥틸트리메톡시실란에 의해 표면 개질된 탄산칼슘 나노입자가 에멀젼 및 기포 안정성에 미치는 영향

저자 : 임종주 ( Jong Choo Lim ) , 박기호 ( Ki Ho Park ) , 이정민 ( Jeong Min Lee ) , 신희동 ( Hee Dong Shin )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 4호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 386-393 (8 pages)

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본 연구에서는 실란 커플링제 옥틸트리메톡시실란(octyltrimethoxysilane, OTMS)을 사용하여 친수성 탄산칼슘(CaCO3) 나노입자의 표면을 개질하였으며, OTMS에 의한 CaCO3 나노입자의 표면 개질은 FT-IR, DSC, XRD XPS 및 TGA 분석을 통하여 확인하였다. 또한 부유 시험과 접촉각 측정을 통하여 OTMS 농도가 CaCO3 나노입자의 표면 소수성 변화에 미치는 영향에 관하여 살펴보았다. 부유 시험 결과에 따르면 1 wt% OTMS 농도 조건에서 측정한 active ratio 값이 97.0 ± 0.5%로서, OTMS가 CaCO3 나노입자 표면을 매우 효율적으로 소수화 개질하는 실란 커플링제임을 알 수 있었다. 또한 OTMS로 개질된 CaCO3 나노입자 1 wt%를 함유하는 수용액에 대한 기포 안정성 측정 결과, OTMS 농도가 1 wt%인 조건에서 가장 안정한 기포가 생성되며, 접촉각은 91.8 ± 0.7°임을 확인하였다. 또한 동일한 1 wt% OTMS 농도 조건에서 에멀젼 입자 크기가 가장 작은 안정한 상태의 에멀젼이 형성됨을 확인하였다. 이러한 결과들은 OTMS로 개질된 CaCO3 나노입자가 다양한 산업 응용 분야에서 기포 안정화제 및 에멀젼 유화제로서 적용이 가능함을 의미하는 것이다.


In this study, the surface modification of calcium carbonate (CaCO3) nanoparticles by a silane coupling agent, octyltrimethoxysilane (OTMS), was investigated and characterized using Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR), differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and thermogravimetric analysis (TGA) analysis. Both floating tests and contact angle measurements were also conducted to study the effect of OTMS concentration on the hydrophobicity of CaCO3 nanoparticles. It was found that the active ratio for the CaCO3 nanoparticles modified by 1 wt% of OTMS was 97.0 ± 0.5%, indicating that OTMS is a very effective silane coupling agent in enhancing the hydrophobicity of the CaCO3 nanoparticle surface. The most stable foam was generated with 1 wt% of CaCO3 nanoparticles in aqueous solutions at 1 wt% of OTMS, where the contact angle of water was found to be 91.8 ± 0.7°. It was also found that the most stable emulsion drops were formed at the same OTMS concentration. These results suggest that CaCO3 nanoparticles modified by a silane coupling agent OTMS are a powerful candidate for a foam stabilizer or an emulsifier in many industrial applications.

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8보존제로서 선형 1,2-알킬아미노프로판디올의 합성과 항균활성

저자 : 차경온 ( Kyung-on Cha ) , 곽상운 ( Sang-woon Kwak ) , 정국인 ( Kook-in Jeong ) , 김영호 ( Young-ho Kim )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 4호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 394-401 (8 pages)

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알킬 사슬의 탄소 수가 10개, 12개, 14개 및 16개인 직쇄상 1,2-알칸디올의 친수성을 향상할 목적으로 1,2-알킬아미노 프로판디올(1,2-alkylaminopropanediol, 1,2-AAP)의 합성을 설계하였다. 1,2-AAP는 40 °C 에탄올(ethanol) 용매에서 2 h동안 3-모노클로로-1,2-프로판디올(3-monochloro-1,2-propanediol, 3-MCPD)과 10, 12, 14 및 16의 탄소 수를 갖는 선형 알킬아민 화합물과의 반응에 의해 합성하였다. 합성한 4 종류 1,2-AAP의 수율과 순도는 각각 51~58%와 85~99% 범위인 것으로 나타났다. 정제된 페이스트 또는 고체 합성물로 pH 7까지 산(HCl)을 가하여 4 종류 1,2-AAP의 아민염을 제조한 다음, 용해성과 항균효과를 시험하였다. 물에 대한 용해 농도는 1,2-데실아미노프로판디올(1,2-decylaminopropanediol, 1,2-DAP)이 100%, 1,2-도데실아미노프로판디올(1,2-dodecylaminopropanediol, 1,2-DDAP)이 50%, 1,2-테트라데실아미노프로판디올(1,2-tetradecylaminopropanediol, 1,2-TDAP)이 0.1%이었으며, 1,2-헥사데실아미노프로판디올(1,2-hexadecylaminopropanediol, 1,2-HDAP)은 용해되지 않았다. 항균 효과는 알킬 사슬의 길이가 증가할수록 향상되었다. 응용을 위해 1,2-AAP가 적용된 로션(화장품 제형)에서 보존효과를 확인한 결과 0.005~0.2% 범위의 낮은 농도에서 매우 우수한 항균력을 보였다.


The synthesis of 1,2-alkylaminopropanediols (1,2-AAPs) was designed to improve the hydrophilicity of linear 1,2-alkanediols having 10, 12, 14, and 16 carbon atoms in the alkyl chain. 1,2-AAPs were synthesized by reacting 3-monochloro-1,2-propanediol (3-MCPD) with linear alkylamines having 10, 12, 14 or 16 carbon atoms in an ethanol solvent at 40° C for 2 h. The yield and purity of four types of 1,2-AAPs synthesized were found to be in the range of 51-58% and 85-99%, respectively. The amine salts of four types of 1,2-AAPs were prepared from a purified paste or solid compound by adding an acidic solution (HCl) to pH 7, and then their solubilities and antibacterial effects were tested. 1,2-decylaminopropanediol, 1,2-dodecylaminopropanediol, and 1,2-tetradecylaminopropanediol were all dissolved in water at concentrations of 100%, 50%, and 0.1%, respectively, however 1,2-hexadecylaminopropanediol was not. The antibacterial effect was improved as the length of the alkyl chain increased. As a result of confirming the preservative effect of the lotion (cosmetic formulation) applied with 1,2-AAP for application, it showed very strong antibacterial activity at low concentrations ranging from 0.005% to 0.2%.

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9실험계획법을 이용한 MOF-5 합성공정 최적화 연구

저자 : 이민형 ( Min Hyung Lee ) , 이상민 ( Sangmin Lee ) , 유계상 ( Kye Sang Yoo )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 4호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 402-407 (6 pages)

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실험계획법을 이용하여 MOF-5 합성공정의 최적화에 대한 연구를 수행하였다. 먼저 전구체의 농도를 최적화 하기 위하여 혼합물 설계법을 이용하였다. 합성에 사용되는 세 가지 전구체인 terephthalic acid, zinc acetate dihydrate, N,N-dimethylformamide의 농도비를 extreme vertices design methods로 최적화 하였다. MOF-5 합성을 위한 최적의 농도는 1 mol : 2.7 mol : 40 mol로 예측되었다. 이후, 온도, 시간 및 교반 속도와 같은 합성 반응 조건이 합성에 미치는 영향을 분석하기 위해 다단계 요인 설계법을 사용하였다. 수행된 통계 분석에 따라 교반 속도는 후속 연구에서 제외되었다. 합성 시간과 온도를 고려한 합성 공정 최적화는 중앙 조성 설계법을 이용하였다. 13번의 합성 실험을 통해 도출된 2차 모델 방정식을 이용하여 결과를 추정하였다. 설계에 사용된 모델에 의하면 119 °C 및 10.4 h 조건에서 합성된 MOF-5가 최대의 결정화도를 가지는 것으로 예측되었다.


Statistical design of experiments was used to optimize the MOF-5 synthesis process. A mixture design was employed to optimize precursor concentration. The optimal composition of three chemical materials, terephthalic acid, zinc acetate dihydrate, and N,N-dimethylformamide for MOF-5 synthesis was determined by extreme vertices design methods as follows; 1 mol : 2.7 mol : 40 mol. A multilevel factorial design was selected to screen the significance of synthesis reaction conditions such as temperature, time, and stirring speed. Statistical analysis results suggested excluding stirring speed from further investigation. Using a central composition design, the synthesis time and temperature were optimized. The quadratic model equation was derived from 13 synthesis experiments. The model predicted that MOF-5 synthesized at 119 °C for 10.4 h had the highest crystallinity.

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10ArcGIS based Analysis of Multiple Accident Areas Caused by Marine Plastic Litter in Republic of Korea

저자 : Bo-ram Kim , Young-kwon Park

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 4호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 408-418 (11 pages)

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Marine accidents involving the entanglement of marine litter have continued to increase, with over 300 to 400 cases per year according to the statistical agency. Entanglement of marine litter may also lead to large-scale marine accidents which cause capsizing and sinking, thereby further causing detrimental casualties and material damages, and thus exceptional attention and care are required. In this study, Incheon, Busan, and Geoje and Tongyeong were found to be the high-frequency locations for accidents, which were selected by considering the ArcGIS analysis about the marine accidents of entanglement of marine litter and the occurrence frequency by the standard. The characteristics of the multiple accident areas involving entanglement of marine litter were the coastal cities where fishing facilities or marine leisure related conditions were activated, with the port which handles much of the traffic of outbound and inbound vessels located nearby. Marine plastic pollution impacts not only the marine ecosystem and food chain, but also the hull and engine of ships, and may further pose threats to the safety of vessels and crews. It is necessary to find a common link between the relevant areas and to strive to remove the root causes of marine accidents by reducing marine litter.

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1바이오가스 유래 수소 제조 기술 동향 및 효과적인 적용

저자 : 송형운 ( Hyoungwoon Song ) , 정희숙 ( Hee Suk Jung ) , 엄성현 ( Sunghyun Uhm )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 31권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 1-6 (6 pages)

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바이오가스를 이용한 수소 제조는 주요한 에너지 및 환경 관련 이슈들을 동시에 해결할 수 있다는 장점으로 꾸준히 주목받아 왔다. 바이오가스 정제를 통해 얻은 바이오메탄 수증기개질은 천연가스 개질을 대체할 수 있는 좋은 현실적인 대안이다. 하지만, 경제성과 환경 유해성을 모두 고려한다면 바이오가스를 직접 개질반응에 활용하는 바이오가스수증기 개질 및 건식 개질을 활용한 수소 제조가 보다 효과적이라 평가된다. 본 논문에서는 바이오가스 기반 추출수소 제조 관련 최근의 기술 이슈 및 개발 동향을 소개하며 향후 상업화를 위한 효과적인 적용 방향에 대해서 고찰하고 자 한다.

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2황기 줄기 바이오차를 활용한 카드뮴과 망간 이온의 제거

저자 : 최석순 ( Suk Soon Choi ) , 하정협 ( Jeong Hyub Ha ) , 김승수 ( Seung-soo Kim )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 31권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 7-12 (6 pages)

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충북의 북부지역에서 한약재 부산물로서 황기 줄기가 대량 생산되고 있으나, 이러한 부산물들은 특별한 수요처가 없이 밭에 폐기물로 버려지고 있다. 본 연구에서는 이 폐기물을 재활용하고자, 황기 줄기를 사용하여 바이오차를 제조하였다. 이 바이오차를 사용하여 물속에 용해된 카드뮴과 망간 이온의 제거특성을 고찰하였다. 50과 100 mg/L 카드뮴이온을 처리하기 위하여 흡착 평형 실험이 이루어졌을 때, 카드뮴의 제거효율은 각각 100과 95%를 나타내었다. 또한, 50과 100 mg/L 망간 이온을 제거하기 위하여 5 h의 반응이 이루어졌을 때, 각각 36.1과 37.9 mg/g 최대 흡착량을 얻을수 있었다. 위의 실험 결과, 카드뮴과 망간 이온의 제거공정에서 황기 줄기 바이오차는 활성탄보다 4배 이상의 흡착량을 나타내었다. 그리고 황기 줄기 바이오차와 활성탄 표면의 화학 구조를 관찰하기 위하여 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)를 분석한 결과, 황기 줄기 바이오차는 활성탄과 비교하여 산소 함량과 O/C의 비율이 각각 2.1과 2.4배증가함을 알 수 있었다. 또한, 망간 이온의 제거능력을 향상시키기 위하여 온도 변화에 의한 운전이 이루어졌으며, 45 ℃로 4 h에서 흡착 평형에 도달하였으며 50과 100 mg/L 망간 이온은 각각 92, 53%의 제거효율을 나타내었다. 결과적으로 이러한 실험 결과들은 물속에 용해된 카드뮴과 망간 이온을 친환경적이며 경제적으로 처리하는 새로운 제거기술에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.

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3산화철 나노입자의 마이크로캡슐화와 이를 이용한 세포의 자력부상 배양

저자 : 이진실 ( Jin Sil Lee ) , 이준호 ( Joon Ho Lee ) , 심재권 ( Jae Kwon Shim ) , 허원 ( Won Hur )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 31권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 13-18 (6 pages)

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실크의 섬유 고분자 단백질인 피브로인을 사용하여 산화철 나노입자가 내포된 테라그노시스가 가능한 마이크로캡슐을 제조하였다. 열중량 분석으로 산화철의 함량은 4.28%, 자력계로는 5.11%로 측정되었다. 산화철 마이크로캡슐이 첨가된 마우스 섬유아세포 3T3 배양액에서 얻어진 세포 현탁액은 자력에 반응하여 맑게 변하고, 세포는 자석 방향으로 응집하였다. 배양접시 상단에 올려둔 네오디뮴 자석은 세포를 배양액 표면 중심으로 세포를 끌어모았다. 배양액 표면에 모인 세포들은 응집하여 72 h 이후 장축의 길이가 2 mm인 비대칭 타원체인 세포 집합체를 형성하였다. 세포집합체의 바깥층에는 세포들이 상대적으로 크고 서로 모여 치밀한 조직을 형성하였으나, 중심부는 물질전달제한으로 세포의 사멸이 진행되는 것으로 관찰되었다. 바깥층에는 산화철 마이크로캡슐이 자력의 방향으로 체인처럼 일렬로 늘어선 현상도 관찰되었다. 마이크로CT를 이용하여 세포응집체 내부의 산화철이 고루 분포하지 않고 자력 방향으로 비대칭적으로 분포하고 있음을 보였다.

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4Tween-Span계 혼합계면활성제를 이용한 Coconut Oil 원료 O/W 유화액의 제조 : CCD-RSM을 이용한 최적화

저자 : 유봉호 ( Bong-ho Yoo ) , 주카이양 ( Kaiyang Zhu ) , 줘청량 ( Chengliang Zuo ) , 이승범 ( Seung Bum Lee )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 31권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 19-24 (6 pages)

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본 연구에서는 coconut oil과 Tween-Span계 혼합계면활성제를 사용하여 O/W 유화액을 제조하고 유화안정성을 향상시키기 위한 유화조건을 최적화하였다. 이를 위해 최적화과정은 CCD-RSM (central composite design model-response surface methodology)를 이용하였다. 계량인자로는 HLB (hydrophile-lipophilie balance) value, 혼합계면활성제 첨가량, 유화속도 등을 설정하였으며, 반응치로는 평균액적크기(MDS), 유화액의 유화안정도지수(ESI), 열적 불안정도지수(TII)를 설정하였다. CCD-RSM 분석결과 3가지 반응치를 동시에 만족하는 최적조건으로 HLB value (9.1), 혼합계면활성제 첨가량(8.7 wt.%), 유화속도(6,200.8 rpm)로 산출되었으며, CCD-RSM 분석예상값은 MDS (151.0 nm), 유화액의 ESI (99.86%), TII (3.17%)로 나타났다. 이 조건에서의 실제실험 결과 오차율은 3.5% 이하로 나타나 본 연구에서의 O/W 유화액 제조과정에 CCD-RSM 최적화 분석을 적용할 경우 비교적 높은 유의수준의 결과를 얻을 수 있었다.

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5고분자/그래핀 복합재료의 센서 응용 및 그래핀 함량이 센서 거동에 미치는 영향

저자 : 배준원 ( Joonwon Bae )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 31권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 25-29 (5 pages)

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본 연구에서는 롤 공정으로 제작된 고분자(polydimethylsiloxane, PDMS)/그래핀(graphene) 복합재료를 기판으로 하여 간단한 표면처리 공정을 통해 센서를 구현하였고, 이 센서의 성능과 거동에 대한 고찰을 실시하였다. 고분자와 그래핀파우더를 혼합한 전구체를 3-롤 공정으로 제조하였고, 이를 2-롤 공정에 도입하여 고분자/그래핀 기판 소재를 제조하였다. 나아가, 간단한 표면처리 공정을 통하여 센서의 요체가 되는 환형 다당류(cyclodextrin, CD)를 도입하였다. 표면처리의 유효성의 적외선 분광기를 통해서 확인하였고, 전기 신호 전달의 가능성을 옴의 법칙을 통하여 분석하였다. 간단한 형태의 센서를 구현하여, 분석 물질(methyl paraben, MePRB)을 도입하였을 때, 아주 낮은 농도 수준(10 nM)까지 감지 신호를 얻을 수 있었다. 특히, 그래핀의 함량이 낮을 경우 센서 측정이 어려움을 확인할 수 있었다. 이는, 높은 그래핀 함량에서 보여주는 그래핀 입자의 배향이 다소 억제되어 발생하였을 것으로 사료된다. 이는 첨가제의 물리적인 배향이 센서의 성능에 영향을 미칠 수 있다는 것을 의미한다. 이 정보는 향후 유사한 시스템의 센서를 구현하는 연구에 도움이 될 것으로 기대된다.

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6폴리우레탄-실리카 복합 발포체의 합성 및 물성에 관한 연구

저자 : 강현석 ( Hyeon Seok Kang ) , 김상범 ( Sang Bum Kim )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 31권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 30-35 (6 pages)

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본 연구에서는 폴리우레탄-실리카 복합 발포체를 합성하여 복합 발포체의 단열 특성 및 기계적 물성을 분석하였다. 폴리우레탄-실리카 복합 발포체를 합성하기 위해 폴리에스테르-실리카 복합 폴리올을 합성하였다. 폴리에스테르-실리카 복합 폴리올은 실리카 졸과 모노머 상태의 다이카복실산(dicarboxylic acid), 글리콜(glycol)과의 중합 반응을 통해 합성하였다. 합성된 복합 폴리올을 이용하여 폴리우레탄-실리카 복합 발포체를 합성하여 물성을 분석하였다. 폴리우레탄-실리카 복합 발포체의 열전도도는 HPUF0, HPUF1, HPUF3, HPUF5 모두 큰 차이가 없는 것을 확인하였다. 압축강도는 실리카 함량이 증가함에 따라 HPUF0보다 증가하였으며 HPUF0보다 HPUF5가 약 25% 정도 기계적 물성이 향상되는 것을 확인하였다.

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7산화 공정이 석유계 등방성 피치의 열거동 특성에 미치는 영향

저자 : 이남지 ( Namji Lee ) , 서상완 ( Sang Wan Seo ) , 곽철환 ( Cheol Hwan Kwak ) , 김민일 ( Min Il Kim ) , 임지선 ( Ji Sun Im )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 31권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 36-42 (7 pages)

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산화 공정이 피치의 열거동 특성에 미치는 영향을 규명하기 위하여 다양한 공정 온도에서 산화된 피치를 제조하였다. 피치의 열거동 특성은 thermogravimetric analysis (TGA)를 이용하여 분석하였으며, derivative thermogravimetry (DTG)그래프 거동 변화에 따라 A (25~100 ℃), B (250~550 ℃), C (550~800 ℃) 세 구간으로 분석하였다. A 구간에서는 피치에 함유되어 있던 수분이 제거되면서 중량 감소가 발생하였다. B 구간에서 산화에 의하여 피치의 열적 안정성이 향상되었다. 이는 산화 온도가 증가할수록 피치의 방향족화도 및 분자량이 증가하였기 때문으로 판단된다. 반면, C구간에서는 B 구간과 반대의 결과를 보였다. C 구간에서 열적 안정성이 저해된 것은 산화 공정에 의하여 피치에 도입된 C-OH, C-O-C, C=O 결합이 분해되고, 이에 의하여 발생한 산소 화합물이 피치의 연소 반응을 유도하였기 때문으로 사료된다.

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8나노구조 변화에 의한 Fe2O3/TiO2 복합재료를 충전한 Poly Acrylate 도료의 열차단 특성

저자 : 김대원 ( Dae Won Kim ) , 마영길 ( Young Kil Ma ) , 김종석 ( Jong Seok Kim )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 31권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 43-48 (6 pages)

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본 연구에서는 침전과 수열처리에 의해 나노입방체와 나노막대구조를 갖는 Fe2O3 나노입자를 합성하였다. Fe2O3 나노입자 표면에 TiO2가 20 nm 두께로 코팅된 Fe2O3/TiO2 core-shell (CS) 복합재료를 합성하였다. Fe2O3/TiO2 CS를 화학적에칭과 열처리에 의해 Fe2O3/TiO2 CS에서 Fe2O3/TiO2 yolk-shell (YS) 형태의 복합재료를 제조하였다. FE-SEM, HR-TEM, XRD 분석을 통하여 Fe2O3와 Fe2O3/TiO2 CS 및 Fe2O3/TiO2 YS 안료의 물리적 특성을 측정하였다. 안료를 poly acrylate (PA) 수지에 혼합한 도료들의 일사반사율과 색상변화는 UV-Vis-NIR 분석으로 차열 온도는 실험실에서 제작한 차열 온도 측정기를 통해 측정하였다. Fe2O3/TiO2 YS 적색 안료를 사용한 PA 도료는 우수한 근적외선 반사율을 보였으며, Fe2O3 안료를 사용한 도료에 비해 차열 온도가 13 ℃ 감소하였다.

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9실란 커플링제 프로필트리메톡시실란에 의해 표면 개질된 CaCO3 나노입자가 에멀젼과 기포 안정성에 미치는 영향에 관한 연구

저자 : 이예진 ( Yejin Lee ) , 박기호 ( Kiho Park ) , 임종주 ( Jongchoo Lim )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 31권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 49-56 (8 pages)

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본 연구에서는 실란 커플링제 프로필트리메톡시실란(propyltrimethoxysilane, PTMS)을 사용하여 CaCO3 나노입자의 표면을 개질하였으며, 개질된 CaCO3 나노입자를 에멀젼 유화제 및 기포 안정화제로의 적용 가능성을 시험하고자 나노입자 표면의 소수성 변화가 기포와 에멀젼의 안정성에 미치는 영향에 관하여 살펴보았다. PTMS에 의한 CaCO3 나노입자의 표면 개질은 FT-IR, TGA, DSC 분석을 통하여 확인하였으며, XRD 및 XPS 분석을 통하여 나노입자 표면의 원소 분석을 실행하였다. 또한 부상 시험과 접촉각 측정을 통하여 PTMS 농도가 CaCO3 나노입자의 표면 개질에 미치는 영향에 관하여 살펴보았다.

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10Mn 담지 미세기공 제올라이트를 이용한 악취오염물질인 아세트알데히드의 분해반응

저자 : 이형원 ( Hyung Won Lee ) , 이희진 ( Heejin Lee ) , 박영권 ( Young-kwon Park )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 31권 1호 발행 연도 : 2020 페이지 : pp. 57-60 (4 pages)

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An acetaldehyde, a representative food waste odor, was decomposed using a hybrid system comprised of a non-thermal plasma and catalyst at an ambient temperature under high humidity. A five wt.% Mn was impregnated on two differently structured microporous zeolites, namely Beta and ZSM-5, with a different molar ratio of SiO2/Al2O3. Under high humidity conditions, the acetaldehyde degradation was higher in zeolites with the high ratio of SiO2/Al2O3. Among studied catalysts, a five wt.% Mn/Beta (SiO2/Al2O3 = 300) showed the highest acetaldehyde removal activity owing to its high hydrophobicity and reducibility. During long term stability test using the same catalyst for 110 hours, the acetaldehyde removal activity was relatively well-maintained.

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