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Sb 첨가에 따른 VWTi 촉매의 암모니아 선택적 촉매 환원(SCR)을 통한 질소산화물 저감

Selective Catalytic Reduction (SCR) of NOx with NH3 on Sb-promoted VWTi Catalysts

김수빈 ( Su Bin Kim ) , 최경륜 ( Gyeong Ryun Choi ) , 신중훈 ( Jung Hun Shin ) , 홍성창 ( Sung Chang Hong )
  • : 한국공업화학회
  • : 공업화학 32권1호
  • : 연속간행물
  • : 2021년 02월
  • : 35-41(7pages)
공업화학

DOI


목차

1. 서 론
2. 실 험
3. 결과 및 고찰
4. 결 론
감 사
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NH3-SCR에서 상용촉매로 사용되고 있는 VWTi (VOx/WO3-TiO2)는 300~400 ℃에서 우수한 탈질성능을 나타내지만 300 ℃ 이하 저온에서는 효율이 저하되는 문제가 있다. 저온 탈질효율을 높이기 위하여 promoter를 첨가한 촉매 연구는 꾸준히 진행되고 있으나 촉매의 저온 탈질효율 증진원인과 촉매특성에 관한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 VWTi에 Sb(antimony)를 첨가함으로써 300 ℃ 이하의 NH3-SCR 반응에서 탈질 성능이 10% 이상 증진되는 것을 확인하였고, 이 때 외부확산/내부확산에 의한 영향을 배제하고자 공간속도와 촉매입자 크기를 제어하였다. 또한 Sb의 첨가 유·무에 따른 촉매특성을 BET, TEM/EDS, O2-TPD, H2-TPR, DRIFTs 분석을 수행하여 고찰하였다. Sb의 첨가는 촉매의 표면 흡착 산소 종을 증가시켰으며, 이에 따라 저온에서 촉매의 산화·환원(redox) 특성이 증진되어 우수한 탈질성능을 나타내는 것으로 판단되었다.
VWTi, which is used as a commercial catalyst in NH3-SCR, exhibits excellent denitrification performance at 300 to 400 ℃, but there is a problem that efficiency decreases at low temperatures below 300 ℃. Research on catalysts containing promoter to increase low-temperature denitrification efficiency is steadily progressing. However, research on the cause of the improvement in low-temperature denitrification efficiency of the catalyst and the catalyst properties is insufficient. In this study, it was confirmed that by adding Sb to VWTi, denitrification performance was improved by more than 10% in NH3-SCR reaction below 300 ℃. At this time, the space velocity and the size of the catalyst particles were controlled to exclude the influence of external/internal diffusion. In addition, the catalytic properties according to the presence or absence of Sb were investigated by performing BET, TEM/EDS, O2-TPD, H2-TPR and DRIFTs analysis. It was judged that the addition of Sb increased the adsorbed oxygen species on the surface of the catalyst, thereby enhancing the redox properties of the catalyst at low temperature and exhibiting excellent denitrification performance.

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I410-ECN-0102-2022-500-000393292

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  • : 공학분야  > 화학공학
  • : KCI등재
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33권3호(2022년 06월) 수록논문
최근 권호 논문
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1수질분석에 사용되는 qPCR기술

저자 : 김원재 ( Won Jae Kim ) , 황윤정 ( Yunjung Hwang ) , 이민혜 ( Minhye Lee ) , 정민섭 ( Minsub Chung )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 3호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 235-241 (7 pages)

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유엔이 발표한 세계 물개발 보고서는 2030년까지 식수가 현재보다 40% 감소할 것으로 전망하고 있다. 이는 물의 양이 감소하는 것이 아니라, 환경오염으로 인해 상수원이 오염되는 것을 말한다. 미생물이 수질에 깊은 연관이 있기 때문에 미생물의 분석은 수질관리에 매우 중요하다. 현재 미생물 분석에 사용되는 방법은 배양 후 현미경을 통한 모양과 형태를 분석하는 것이 가장 일반적이나, 유전자분석 기술이 발달함에 따라 현미경을 통한 미생물 분석 방식에 qPCR(quantitative polymerase chain reaction) 적용이 가능해졌고 활용방법 등이 연구되었다. 그 중에는 역전사 단계를 추가하여 RNA 분석에 용이성을 부여한 RT-qPCR법과 미생물 배양분석에 접목시켜 검사시간을 단축시키는 ICC-qPCR, 자연에서 채취한 샘플의 위양성율을 감소시키는 데 용이한 viability qPCR, 다중분석에 용이한 multiplex qPCR, 소량의 샘플만으로 분석이 가능한 microfluidic qPCR법 등이 있다. 본 논문에서는 이처럼 qPCR 방법이 미생물 분석에 적용되는 사례와 방식의 원리, 그리고 발전 방향에 대해 소개하고자 한다.


According to the World Water Development Report 2015 released by the United Nations, drinking water is expected to decrease by 40% by 2030. This does not mean that the amount of water decreases, but rather that the water source is contaminated due to environmental pollution. Because microbes are deeply related to water quality, the analysis of microbe is very important for water quality management. While the most common method currently used for microbial analysis is microscopic examination of the shape and feature after cell culture, as the gene analysis technology advances, quantitative polymerase chain reaction (qPCR) can be applied to the microscopic microbiological analysis, and the application method has been studied. Among them, a reverse transcription (RT) step enables the analysis of RNA by RT-PCR. Integrated cell culture (ICC)-qPCR shortens the test time by using it with microbial culture analysis, and viability qPCR can reduce the false positive errors of samples collected from natural water source. Multiplex qPCR for improved throughput, and microfluidic qPCR for analysis with limited amount of sample has been developed In this paper, we introduce the case, principle and development direction of the qPCR method applied to the analysis of microorganisms.

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2Integrated Applications of Microalgae to Wastewater Treatment and Biorefinery: Recent Advances and Opportunities

저자 : Nguyen Van Tuyen , Lawrence A. Limjuco , Kisay Lee , Nhat Minh Dang

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 3호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 242-257 (16 pages)

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Microalgae is becoming a vital component for a circular economy and ultimately for sustainable development. Herein, recent developments in different outcomes of microalgae for wastewater treatment and biorefinery were reviewed. From its primary function as a third-generation resource of biofuel, the usage of microalgae has been diversified as an integral element for the CO2 sequestration and production of economically valuable products (e.g., pharmaceuticals, animal feeds, biofertilizer, biochar, etc.). Principles and recent challenges for each microalgae application were presented to suggest a motivation for future research and the direction of development. The integration of microalgae within the concept of the circular economy was also discussed with various routes of microalgae-based biorefinery.

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3Newer Insights on Ferrate(VI) Reactions with Various Water Pollutants: A Review

저자 : Levia Lalthazuala Lalhmunsiama , Chhakchhuak Vanlalhmingmawia Diwakar Tiwari , Suk Soon Choi , Seung-mok Lee

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 3호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 258-271 (14 pages)

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Ferrate (VI) [Fe(VI)] has multi-functional features, which include potential oxidant, coagulant, and disinfectant. Because of these distinctive properties, numerous studies on the synthesis of ferrate (VI) and its possible applications in a wide research areas have been investigated. This review highlights the recent development made on different synthesis methods for ferrate including wet chemical, electrochemical, and thermal methods. The recent advancements achieved in ferrate (VI) oxidation and the synergistic effect of the oxidative properties of ferrate (VI) in the presence of various compounds or materials are also included. Moreover, this review discusses the applications of ferrate (VI) for degrading various types of water pollutants and its reaction mechanism. The optimized experimental conditions and interaction mechanisms of ferrate (VI) with micro-pollutants, dyes, and other organic compounds are also elaborated upon to provide greater insight for future studies. Lastly, the limitations and prospects of the ferrate use in the treatment of polluted water are described.

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4알팔파 및 무환자나무열매로부터 천연유화제의 추출: CCD-RSM을 이용한 최적화

저자 : 홍세흠 ( Seheum Hong ) , 이승범 ( Seung Bum Lee )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 3호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 272-278 (7 pages)

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본 연구에서는 알팔파 및 무환자나무열매로부터 천연유화제를 추출하여 CCD-RSM을 이용한 추출수율 및 추출물의 거품안정도에 관한 추출공정을 최적화하였으며, 95% 신뢰구간에서 최적화 결과의 통계학적 합리성을 확인하였다. 독립변수로는 주정/초순수의 부피비와 추출온도, 반응치로는 추출수율과 추출물의 거품안정도로 설정하였다. 주정/초순수 부피비 53.5 vol%, 추출온도 70.9 ℃인 최적조건 하에서 알팔파 추출공정의 최대 추출수율은 26.2 wt%, 추출물의 최대 거품안정도는 44.5%로 예측되었다. 무환자나무열매 추출공정의 경우, 최적조건인 주정/초순수 부피비 60.4 vol%, 추출온도 72.4 ℃에서 최대 추출수율은 31.9 wt%, 추출물의 최대 거품안정도는 47.5%로 예측되었다. 이러한 최적화 결과의 정확성을 확인하기 위해 실제 실험을 수행한 결과, 알팔파 및 무환자나무열매 추출공정에 대한 각각의 평균 오차율은 3.4(± 0.3)% 및 5.0(± 0.04)%로 나타났다.


In this study, natural emulsifiers were extracted from Medicago sativa L. and Sapindus saponaria L. The extraction yield using CCD-RSM and the extraction process of foaming stability of the extracted product were optimized and 95% confidence interval was used to confirm the statistical reasonableness of the optimization. Herein, independent parameters were the ethanol volume and extraction temperature, whereas reaction parameters were the extraction yield and foaming stability. Under the condition of 53.5 vol% ethanol and extraction temperature (70.9 ℃), the maximum yield and foaming stability of the extracted product from Medicago sativa L were predicted as 26.2 wt% and 44.5%, respectively. In the case of the extraction from Sapindus saponaria L, the maximum yield and foaming stability were expected to be 31.9 wt% and 47.5% under the optimized conditions including 60.4 vol% of ethanol and extraction temperature (72.4 ℃). The average experimental error for validating the accuracy was about 3.4(± 0.3)% and 5.0(± 0.04)% for the extraction processes from Medicago sativa L. and Sapindus saponaria L., respectively.

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5색상 분석법을 이용한 농도 및 촉매반응속도 측정

저자 : 이은아 ( Euna Lee ) , 장지웅 ( Ji Woong Chang )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 3호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 279-283 (5 pages)

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반응물과 생성물이 자외선 및 가시광선 영역에서 빛을 흡수하는 경우 시료의 농도 및 화학반응의 특성을 평가하는데 자외선가시광선분광법을 사용할 수 있다. 하지만 고농도와 높은 반응 온도 조건에서는 자외선가시광선분광법을 사용하는데 한계가 존재한다. 색을 가지고 있는 시료의 촉매 반응을 색상 분석으로 농도 및 조성을 외부에서 수집한 이미지를 분석하여 자외선가시광선분광법에서 동일한 결과를 얻을 수 있다. Resazurin은 촉매 및 환원제에 의해 resorufin으로 환원되며 농도에 따라 적색변광이 일어나며 카메라를 통해 수집하여 분석할 수 있다. 색상 분석을 위한 색공간은 CIE L*a*b*를 사용하였고 소프트웨어를 통해 각각의 색상좌표 값을 추출하고 각 시료의 농도를 분석하였다. 시료의 농도와 촉매 반응에 대해 색공간을 이용한 분석법과 자외선가시광선분광법의 결과와 비교하여 제시된 방법의 유효성을 확인할 수 있다. 더욱이 색상 분석을 통한 농도 분석에서는 자외선가시광선분광법과 다르게 흡수파장이 중복이 있는 경우에도 디콘볼루션 없이 독립적으로 두 물질의 농도 측정이 가능하다.


UV-vis spectroscopy is one of the powerful tools for measuring the concentrations of reactant and products during a chemical reaction. However, there is an limitation of using the technique when the reaction undergoes in high concentration and high temperature. Color analysis using camera images can provide the identical results with UV-vis analysis with regardless of the sample concentration and temperature. The catalytic reduction reaction of resazurin to resorufin was investigated using the color analysis with the color spaces such as CIE L*a*b*. Moreover, the color analysis enabled the independent analysis of two different material's concentrations without the deconvolution of overlapped wavelengths unlike the case of using UV-vis spectroscopy.

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6PP 분말/CNF 1 wt% 슬러리 복합체의 CNF 분산 및 물성에 대한 개질 PP의 영향

저자 : 김준석 ( Jun Seok Kim ) , 김연철 ( Youn Cheol Kim )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 3호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 284-288 (5 pages)

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폴리프로필렌(PP) 분말과 셀룰로오스 나노섬유(CNF) 1 wt% 슬러리 현탁액을 감압여과 및 오븐 건조한 후 이축압출기를 이용하여 PP 분말/CNF 1 wt% 슬러리 복합체를 제조하였다. PP는 곁가지 및 극성기가 도입된 개질 PP를 사용하였다. 곁가지는 디비닐벤젠을 이용하여 도입하였고 극성기는 말레인산무수물(MAH)을 이용하여 개질하였다. CNF의 분산성 및 복합체의 물성을 검토한 결과 PP 분말/CNF 1 wt% 슬러리로부터 제조한 복합체의 경우 CNF 분말로부터 제조한 복합체와 비교 시 인장강도 및 굴곡강도에서는 동등 이상 수준을 나타내는 것을 확인하였다.


Polypropylene (PP) powder/cellulose nanofibers (CNF) 1 wt% slurry composites were prepared by filtering their suspension under reduced pressure and dried them in an oven followed by the use of a twin screw extruder. PP modified with side branches and polar groups was used. The side branches and polar groups were introduced into PP by using divinylbenzene and maleic anhydride (MAH), respectively. As a result of examining the dispersibility of CNF and the physical properties of the composite, it was confirmed that the composite prepared from PP powder/CNF 1 wt% slurry showed equal or higher levels in tensile and flexural strength as compared with those using the composite prepared from CNF powder.

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7전 고체 고분자 전지용 Oligo(EDOT)/PVdF 블렌드 전해질

저자 : 김민수 ( Min Su Kim ) , 권현주 ( Hyeon-ju Gwon ) , 조남주 ( Nam-ju Jo )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 3호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 289-295 (7 pages)

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본 연구에서는 동종의 thiophene계 고분자를 전극과 전해질 재료로 적용하여 고체 전해질과 전극이 맞닿은 계면 저항을 감소시킨 고분자 전지를 제작하였다. 먼저 poly(3,4-ethylenedioxy thiophene) (PEDOT) 기반 전극과의 계면 저항을 최소화하기 위해 3,4-ethylenedioxy thiophene (EDOT) 올리고머[oligo(EDOT)]를 고체 전해질에 도입하고, oligo(EDOT)의 부족한 리튬 염 해리능력을 향상시키기 위해서 poly(vinylidene fluoride) (PVdF)와 블렌딩한 oligo(EDOT)/PVdF 블렌드 기반 고체 전해질을 제작하였다. 그 결과, oligo(EDOT)에 PVdF를 도입함으로써 고체 고분자 전해질의 이온 전도도는 증가하였다. 또 PEDOT 기반 전극과 oligo(EDOT)/PVdF 블렌드 기반 고체 전해질로 이루어진 전 고체 고분자 전지의 전기화학적 특성을 평가한 결과, 동종의 thiophene계 고분자 물질을 전극과 전해질에 도입함으로써 계면 저항이 크게 감소함을 확인하였다.


In this study, we intend to fabricate an all solid polymer battery with a reduced interfacial resistance between the solid electrolyte and the electrode by applying thiophene based polymers as both electrode and electrolyte materials. In order to minimize the interfacial resistance with the poly(3,4-ethylenedioxy thiophene) (PEDOT) based electrode, 3,4-ethylenedioxy thiophene (EDOT) oligomer was introduced into the solid electrolyte. Also, to improve the lithium salt dissociation ability of the EDOT oligomer [oligo(EDOT)] electrolyte, it was blended with poly(vinylidene fluoride) (PVdF). As a result, the ionic conductivity of the solid polymer electrolyte increased by introducing PVdF into the oligo (EDOT). From the result of evaluating the electrochemical properties of an all solid polymer battery, the interfacial resistance significantly decreased by introducing a thiophene based polymer to the electrode and electrolyte.

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8PDMS 코팅을 통한 지르코늄 기반 금속유기골격체의 고습 환경에서 DIMP 흡착 성능 지속성 개선

저자 : 장원형 ( Wonhyeong Jang ) , 정상조 ( Sangjo Jeong )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 3호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 296-301 (6 pages)

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UiO-66과 같은 지르코늄 기반 금속유기골격체(Zr-MOFs)는 비표면적이 넓고 선택적 흡착 능력이 뛰어나 전장환경에서 화학작용제 방호 물질로써 주목받고 있다. 하지만 대부분의 금속유기골격체는 약한 금속-유기 리간드 결합과 공극의 존재로 인하여 대기 중에 노출 시 물 분자와의 반응으로 선택적 흡착 성능이 저하되는 문제점이 있다. 이에 본 연구에서는 대표적인 소수성 고분자 물질인 폴리디메틸실록산(PDMS)을 지르코늄 기반 금속유기골격체인 UiO-66 표면에 코팅하였고, 전장환경에서 적용 가능성을 평가하기 위해 고습 환경에서 diisopropyl methylphosphonate (DIMP)와 같은 유사 화학작용제의 흡착 성능 지속성을 코팅 전과 비교하였다. PDMS를 코팅한 UiO-66의 표면 구조와 유기 작용기 분포를 분석한 결과 실리콘이 고르게 도포된 것을 확인하였으며, 접촉각을 측정한 결과 PDMS를 코팅한 UiO-66에서 30° 이상 접촉각이 증가하여 소수성이 증대한 것을 확인하였다. 또한 UiO-66과 PDMS를 코팅한 UiO-66을 흡착제로 사용하여 고습 환경에서 유사 화학작용제인 DIMP의 흡착 성능 지속성을 확인한 결과 PDMS를 코팅한 UiO-66가 기존의 UiO-66에 비하여 높은 DIMP 흡착 성능 지속성을 나타내는 것을 알 수 있었다.


Due to the fact that zirconium based metal-organic frameworks (Zr-MOFs), such as UiO-66, have a large specific surface area and excellent selective adsorption capacity, Zr-MOFs are gaining attention as materials that can provide protection from the attack of chemical warfare agents in battleground. However, most of the metal-organic frameworks have an issue of selective adsorption capacity degraded by water molecules when exposed to the atmosphere, because of the weak metal-organic ligand bonds and the presence of voids. Therefore, polydimethylsiloxane (PDMS), a representative hydrophobic polymer material, was coated on the surface of UiO-66 to enhance the sustainability of the diisopropyl methylphosphonate (DIMP) sorption capacity in the battleground condition. Through the analysis of surface structure and organic functional group distribution of PDMS coated UiO-66, silicon was confirmed to be evenly coated. The contact angle increased by over 30° for the PDMS coated UiO-66, indicating that the hydrophobicity was improved. In addition, both the UiO-66 and PDMS coated UiO-66 were used as adsorbents for DIMP, a similar chemical warfare agent, to investigate the durability of adsorption capacity in a high humidity environment. The PDMS coated UiO-66 showed higher durability of adsorption capacity for 20 days than that of pristine UiO-66.

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9PdO 나노입자를 이용한 니트라민 폭발물 분해반응에 대한 1H NMR 반응속도연구

저자 : 계영식 ( Young-sik Kye ) , Mathew Kumbier , 김동욱 ( Dongwook Kim ) , Gerard S. Harbison , Marjorie A. Langell

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 3호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 302-308 (7 pages)

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사격장 피탄지에 잔류되는 고폭화약으로 인한 환경오염 문제를 해결하기 위해 표면적이 큰 나노입자를 사용한 분해반응을 연구하였다. 수질오염을 가상하여 물에 용해시킨 research department explosive (RDX)와 high melting explosive (HMX) 니트라민 폭발물에 PdO를 첨가하여 313 K에서 분해반응시켰다. 폭발물의 분해반응속도를 측정하기 위해 반응초기부터 종료시까지 시료 손실없이 반응속도를 측정할 수 있고 스펙트럼을 통하여 반응의 진행 정도를 관찰 가능한 1H NMR을 사용하였다. NMR 피크의 chemical shift 및 peak intensity 분석으로 유사 1차 분해반응이 일어남을 확인하였으며, 측정된 RDX와 HMX의 분해반응 속도상수는 각각 2.10 × 10-2과 6.35 × 10-4 h-1이었다. 본 연구로부터 산화금속 PdO 나노입자는 니트라민 폭발물 분해반응연구에 적용 가능함을 확인하였다.


The PdO nanoparticle with large surface area was selected to solve the environmental pollution problem at fire range caused by high energy explosives research department explosive (RDX) and high melting explosive (HMX). By simulating water pollution, RDX and HMX nitramine explosives were dissolved in water, followed by the degradation reaction at 313 K by adding PdO. In order to measure the degradation reaction rate of explosives, 1H NMR was used, which can monitor the reaction rate without losing sample during reaction, and observe the progress of the reaction through the spectrum. The results showed that the degradation of RDX and HMX by PdO nanoparticles are pseudo-first order reaction. The degradation of explosives compounds were observed via the chemical shift and peak intensity analysis of NMR peaks. The measured rate constants for these reactions of RDX and HMX were 2.10 × 10-2 and 6.35 × 10-4 h-1, respectively. This study showed that the application of PdO nanoparticles for explosives degradation is a feasible option.

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10장파장 형광 탄소 양자점 제조에 있어서 산의 역할에 대한 연구

저자 : 윤소희 ( Sohee Yun ) , 이진희 ( Jinhee Lee ) , 최진실 ( Jin-sil Choi )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 3호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 309-314 (6 pages)

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탄소점은 수 nm 크기의 탄소 기반 나노 입자로서 높은 생체 적합성, 우수한 발광 특성 등의 장점으로 인해 바이오센서 및 바이오 이미징 등 다양한 분야에 응용되고 있다. 하지만 청색광을 발광하는 대부분의 탄소점은 해당 파장의 빛이 생물학적 조직에 대해서 약한 침투성을 보여주기 때문에 생물 의학 분야에서 응용에 한계가 있다. 이를 극복하기 위해 장파장 영역에서의 형광을 방출하는 탄소점 개발의 필요성이 커지고 있다. 본 연구에서는 p-페닐렌다이아민에 염산을 첨가하여 산화 후 중합시킴으로써 장파장 빛을 발광하는 탄소점을 획득할 수 있었다. 이때 염산의 양에 따라 탄소점의 화학적 구조가 영향을 받음을 적외선 분광과 X-선 광전자 분광 분석을 통해 확인할 수 있었다. 이러한 탄소점의 화학적 구조 변화는 이들의 흡광, 형광, 그리고 형광 수율에 영향을 끼쳤다. 이 연구는 장파장을 가지는 탄소점을 합성함에 있어서 영향을 주는 인자 (산)에 대한 이해를 높일 수 있었으며 이를 기반으로 바이오 센서 등의 다양한 생물의학 분야에 높은 응용 가능성을 가지는 효과적인 탄소점의 설계가 가능할 것으로 보인다.


Carbon dots (CDs) are few nanometer-sized carbon-based nanoparticles and emerging candidate materials in various fields such as biosensors and bioimaging due to their excellent optical properties and high biocompatibility. However, most CDs, emitting blue light, have limited their application in biomedical fields due to the low penetration of short-wavelength lights into the biological system. Therefore, there has been enormous need to develop long-wavelength emitting CDs. In this study, red-emitting CDs were successfully synthesized through the hydrothermal reaction of p-phenylenediamine with hydrochloric acid. In addition, the effect of the amount of hydrochloric acid on the formation of carbon dots, resulting in the variation of the chemical structures of CDs, were investigated, which was confirmed with the intensive structural analyses using infrared and X-ray photoelectron spectroscopy. It was found that the chemical structure of CDs governed their optical properties and quantum yield. Therefore, this study provides an insight into the role of acid in forming red-emitting CDs as the optimal probe for biomedical application.

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1알츠하이머병의 영상 진단을 위한 형광 프로브의 개발

저자 : 민창호 ( Changho Min ) , 하헌수 ( Heonsu Ha ) , 전종호 ( Jongho Jeon )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 1-9 (9 pages)

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알츠하이머병은 신경퇴행질환으로 뇌조직에서 발생하는 아밀로이드 베타(amyloid-β, Aβ) 펩타이드의 축적과 응집, 타우 단백질의 초인산화, 고농도의 특정 금속이온 축적에 의해 발병하는 것으로 알려져 있다. 현재까지 효과적인 치료제가 개발되지 못하였기 때문에, 알츠하이머병을 초기에 정확하게 진단하는 기술은 매우 중요하다. 알츠하이머병의 진단을 위해 개발된 다양한 기법 중 형광 프로브를 이용한 알츠하이머병의 바이오마커 영상화는 많은 연구자들의 관심을 받고 있다. 본 리뷰 논문에서는 최근 개발된 알츠하이머병 진단용 형광 프로브의 구조와, 체내 뇌 영상화에의 적용을 소개하고자 한다. 본 논문은 향후 새로운 프로브를 개발하고자 하는 연구자들에게 많은 도움이 될 것으로 기대된다.

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2형광 단백질 mCherry-I202T의 pH 감응성 분석

저자 : 이상민 ( Sangmin Lee ) , 정민섭 ( Minsub Chung )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 10-14 (5 pages)

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DsRed에서 유래한 적색 형광 단백질들 중 하나인 mCherry는 GFP와 유사한 3차 구조를 가진 잘 알려진 적색 형광 단백질 중 하나이며, 수소결합 네트워크를 형성하고 있지 않아서 pH 변화에 민감하지 않다. 반면 mCherry의 발색단 근처에서 돌연변이를 야기 시켜 만든 mCherry-I202T는 mCherry 단백질의 202번째 아미노산인 이소루신(Ile)을 트레오닌(Thr)으로 치환함으로써 모체와는 다르게 추가적인 수소결합을 형성하여, 주위 pH에 더욱 민감하게 반응할 뿐 아니라 적색 편이된 형광을 보였다. 수소결합이 확장된 I202T의 pH 민감성을 검증하기 위해 산성과 염기성 pH 범위에서 I202T의 UV-vis 흡광 스펙트럼 변화와 가역성을 확인하고, 그를 pH sensor에 적용 가능한지 그 가능성을 검증하고자 하였다.

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3타이로신이 풍부한 펩타이드를 사용한 금 나노입자의 손쉬운 합성과 4-니트로페놀의 촉매 환원 응용

저자 : 허윤미 ( Yun-mi Hur ) , 민경익 ( Kyoung-ik Min )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 15-19 (5 pages)

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본 연구에서는 타이로신이 풍부한 펩타이드, Tyr-Tyr-Gly-Tyr-Tyr (YYGYY)를 환원제 및 안정화제로 사용하여 구형의 금 나노 입자의 간단한 합성 방법을 연구하였다. 펩타이드로 둘러싸인 구형의 다결정 금 나노 입자는 UV 조사 하에서 펩타이드 및 금속 전구체의 농도를 조절하여 3~15 nm 크기로 합성되었다. 합성된 금 나노 입자의 특성을 확인하기 위하여 투과 전자 현미경(TEM), 자외선-가시광선 분광광도계(UV-Vis spectroscopy), 주사 투과 전자 현미경 및 에너지 분산 X선 분광법(STEM-EDS), 푸리에 변환 적외선 분광법(FT-IR), X선 회절 분석법(XRD)을 사용하여 분석하였다. 또한, 합성된 금 나노입자는 4-니트로페놀의 환원 반응을 통해 7.3 × 10-3 s-1의 반응속도 상수를 갖는 촉매 활성을 확인하였다.

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4DTO 반응에 미치는 SAPO-34 촉매의 식각 처리 효과

저자 : 송강 ( Kang Song ) , 윤영찬 ( Young-chan Yoon ) , 박주식 ( Chu-sik Park ) , 김영호 ( Young-ho Kim )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 20-27 (8 pages)

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DTO (dimethyl ether to olefins) 반응에서 촉매의 수명 향상을 목적으로 SAPO-34 촉매의 식각 처리 효과를 연구했다. NH3 수용액은 HCl과 같은 강산 또는 NaOH와 같은 강알칼리 수용액과 비교하여 식각의 진행 정도를 제어할 수 있는 적절한 처리제였다. 따라서 NH3 수용액의 처리 농도와 시간을 변수로 하여 SAPO-34 촉매의 특성과 수명에 미치는 영향을 관찰하였다. NH3 수용액의 처리 농도 또는 시간이 증가함에 따라 SAPO-34 촉매 결정 면의 중심에서부터 침식이 진행되었으며, 점차적으로 산 점 농도와 산 세기가 감소하는 것으로 나타났다. 한편, 적절한 처리 조건에서 SAPO-34 촉매의 외부 표면적과 메조 세공 부피는 증가하는 것으로 나타났다. 처리 농도와 시간이 각각 0.05 M와 3 h일 때, 처리된 SAPO-34 촉매의 수명이 가장 우수했으며 처리 전 촉매와 비교하여 약 36% (DME 전환율 > 90% 기준)까지 크게 향상되었다. NH3 수용액을 이용한 온화한 처리과정에서 SAPO-34 촉매의 식각 진행에 대한 모형을 제안하였다.

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5SiO2/Ag 코어-쉘 나노입자의 합성 및 전도성 페이스트 적용

저자 : 심상보 ( Sang-bo Sim ) , 한종대 ( Jong-dae Han )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 28-34 (7 pages)

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SiO2/Ag 코어-쉘 나노입자를 수정된 Stöber 공정법과 물/dodecylbenzenesulfonic acid (DDBA)/cyclohexane의 역 미셀에서 acetoxime을 환원제로 사용하는 역 미셀 방법을 상호 조합하여 합성하였다. SiO2/Ag 코어-쉘은 UV-visible spectroscopy, XRD, SEM 및 TEM을 사용하여 구조, 형태 및 크기를 조사하였다. SiO2/Ag 코어-쉘의 나노입자 크기는 [물]/[DDBA]의 몰비(WR)의 값을 조절하여 제어할 수 있었다. SiO2/Ag 코어-쉘의 크기와 다분산성은 WR 값이 증가함에 따라 증가하였다. 비정질 SiO2 나노입자 위에 생성된 Ag 나노입자는 430 nm에서 강한 표면 플라즈몬 공명 (SPR) 피크를 나타내었다. SPR 피크는 나노입자 크기의 증가에 따라 장파장으로의 적색 이동을 나타내었다. 합성된 SiO2/Ag 코어-쉘을 분산시켜 70 wt% 조성의 전도성 페이스트를 제조하고, 스크린 인쇄법으로 PET 필름에 코팅하여 전도성을 조사하였다. SiO2/Ag 코어-쉘 페이스트로 코팅된 필름은 상용 Ag 페이스트에 비하여 높은 460~750 μΩ/sq 영역의 표면저항을 나타내었다.

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6Sb 첨가에 따른 VWTi 촉매의 암모니아 선택적 촉매 환원(SCR)을 통한 질소산화물 저감

저자 : 김수빈 ( Su Bin Kim ) , 최경륜 ( Gyeong Ryun Choi ) , 신중훈 ( Jung Hun Shin ) , 홍성창 ( Sung Chang Hong )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 35-41 (7 pages)

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NH3-SCR에서 상용촉매로 사용되고 있는 VWTi (VOx/WO3-TiO2)는 300~400 ℃에서 우수한 탈질성능을 나타내지만 300 ℃ 이하 저온에서는 효율이 저하되는 문제가 있다. 저온 탈질효율을 높이기 위하여 promoter를 첨가한 촉매 연구는 꾸준히 진행되고 있으나 촉매의 저온 탈질효율 증진원인과 촉매특성에 관한 연구는 미비한 실정이다. 본 연구에서는 VWTi에 Sb(antimony)를 첨가함으로써 300 ℃ 이하의 NH3-SCR 반응에서 탈질 성능이 10% 이상 증진되는 것을 확인하였고, 이 때 외부확산/내부확산에 의한 영향을 배제하고자 공간속도와 촉매입자 크기를 제어하였다. 또한 Sb의 첨가 유·무에 따른 촉매특성을 BET, TEM/EDS, O2-TPD, H2-TPR, DRIFTs 분석을 수행하여 고찰하였다. Sb의 첨가는 촉매의 표면 흡착 산소 종을 증가시켰으며, 이에 따라 저온에서 촉매의 산화·환원(redox) 특성이 증진되어 우수한 탈질성능을 나타내는 것으로 판단되었다.

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7열분해 연료유 및 PET 기반 활성탄을 이용한 NO 가스 센서의 감도 향상 연구

저자 : 곽철환 ( Cheol Hwan Kwak ) , 서상완 ( Sang Wan Seo ) , 김민일 ( Min Il Kim ) , 임지선 ( Ji Sun Im ) , 강석창 ( Seok Chang Kang )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 42-48 (7 pages)

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본 연구에서는 열분해 연료유를 이용하여 석유계 피치 기반 활성탄을 제조하였고, 이를 활용하여 일산화질소 가스검출 센서를 개발하였다. 피치의 분자량 증가를 위해 피치 합성 시 중합 반응을 촉진시키는 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 첨가하였다. 피치의 분자량 증가는 피치 기반 활성탄의 비표면적 및 미세기공 부피 증가에 기여하였고, 이는 활성탄 기반 센서의 일산화질소 가스 검출 특성 향상시켰다. 또한 테레프탈레이트 첨가 피치를 사용할 때 활성탄의 표면 산소 관능기 및 전도성 변화를 확인하고 테레프탈레이트 첨가가 활성탄의 물성 및 일산화질소 가스 검출 특성에 미치는 영향을 분석하였다.

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8원격 플라즈마 중합된 메틸메타크릴레이트 필름의 분광학적 분석

저자 : 서문규 ( Kyu Seomoon )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 49-54 (6 pages)

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메틸 메타크릴레이트 분자를 전구체로 사용하여 원격 플라즈마 방식으로 중합체를 합성하는 반응에서 플라즈마 출력, 반응 압력 및 직접-간접 플라즈마 방식이 필름의 성장속도 및 화학결합 구조에 미치는 영향을 조사하였으며, FT-IR, XPS 등 분광학적 분석과 Langmüir 탐침을 사용한 플라즈마 특성 진단 결과와 함께 고찰하였다. 플라즈마 출력과 반응압력이 증가하면 성장속도가 증가하지만 특정 영역을 넘어서면 식각 효과와 잦은 충돌로 인해 활성화 효율이 낮아져 다시 감소하였다. 중합 필름의 FT-IR과 XPS 분석 결과, 필름 내 탄소/산소 조성비는 플라즈마 출력이 커질수록 증가하였으며, 탄화수소성 C-C 탄소 조성비는 증가하는 반면 에스터성 COO 탄소 조성비는 감소하였다. 직접 플라즈마법이 간접 플라즈마법에 비해 필름의 성장속도는 2~5배 빠르지만, 전구체의 분자 구조를 유지하기 위해서는 간접 플라즈마법이 유리함을 확인하였다.

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9플라즈마 및 직접 기상 불소화에 따른 활성탄소섬유의 초산가스 흡착 특성

저자 : 이란은 ( Raneun Lee ) , 임채훈 ( Chaehun Lim ) , 김민지 ( Min-ji Kim ) , 이영석 ( Young-seak Lee )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 55-60 (6 pages)

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실내 환경 오염물질인 휘발성 유기화합물(volatile organic compounds)인 초산에 대한 핏치계 활성탄소섬유의 흡착 성능을 향상시키기 위해 불소화를 진행하였다. 불소화에는 플라즈마 불소화와 직접 기상 불소화법을 사용하였으며, 두 가지 방식으로 불소화한 활성탄소섬유의 초산가스 흡착 성능을 고찰하였다. 불소가 도입된 활성탄소섬유의 표면 특성을 알아보기 위하여 X선 광전자 분광법(XPS)을 분석하였고 그 기공특성은 77K 질소 흡착법을 통하여 분석하였다. 초산가스의 흡착 성능은 가스 크로마토그래피를 통하여 측정하였으며, 플라즈마 불소화 된 활성탄소섬유의 파과시간이 790 min으로 650 min인 미처리 활성탄소섬유에 비해 파과시간이 지연되었음을 확인할 수 있으나, 직접 기상 불소화 표면처리한 활성탄소섬유의 파과시간은 390 min으로 오히려 흡착성능이 저해되었다. 이는 플라즈마 불소화 된 활성탄소섬유는 그 비표면적의 변화 없이, 표면에 도입된 불소 관능기가 초산가스(CH3COOH)와 정전기적 인력으로 흡착성능이 증가하였다. 반면, 직접 기상 불소화 된 활성탄소섬유는 그 비표면적이 55%까지 크게 감소하여 초산가스에 대한 물리적 흡착 효과가 현저히 감소하였다.

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10CCD-RSM을 이용한 시벅턴 오일의 탈색공정 최적화 및 자외선 흡수능력 평가

저자 : 홍세흠 ( Seheum Hong ) , 정윈페이 ( Yunfei Zheng ) , 이승범 ( Seung Bum Lee )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 32권 1호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 61-67 (7 pages)

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본 연구에서는 천연 오일인 시벅턴 오일의 천연 자외선 흡수제로의 사용 가능성을 알아보기 위하여 시벅턴 원유에 대한 흡착 탈색공정을 수행하고, 이를 CCD-RSM (central composite design model-response surface methodology)을 이용하여 최적화하였다. CCD-RSM의 반응치로는 탈색과정의 탈색효과, 탈색 후 정제유의 산가 및 290 nm에서의 자외선흡광도로 설정하였으며, 독립변수로는 탈색제의 첨가량, 탈색온도, 탈색시간으로 설정하였다. CCD-RSM에 의한 통계학적 최적화 결과와 수학적 최적화 결과를 비교한 결과 3가지 반응치를 동시에 만족하는 최적조건으로 탈색제의 첨가량(4.32 wt.%), 탈색온도(134.9 ℃) 및 탈색시간(19.8 min)으로 나타났다. 이 최적 조건하에서 예측된 반응치 중 탈색과정의 탈색효과는 94.78%, 탈색 후 정제유의 산가는 2.08 mg/g KOH, 그리고 290 nm에서의 자외선 흡광도는 2.91로 나타났으며, 오차율은 2% 이하로 낮게 나타났다. 따라서 CCD-RSM을 시벅턴 원유의 흡착 탈색공정에 적용할 경우 매우 높은 수준의 만족하는 결과를 얻을 수 있음을 확인하였으며 천연 식물성 오일인 시벅턴 오일을 천연 자외선 흡수제로서 사용 가능함을 확인하였다.

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