논문 상세보기

한국화학공학회> 화학공학> 고분자전해질 연료전지에서 고분자 막과 전극의 철 이온 오염 및 산 세척 효과

KCI등재SCOUPUS

고분자전해질 연료전지에서 고분자 막과 전극의 철 이온 오염 및 산 세척 효과

Iron Ion Contamination and Acid Washing Effect of Polymer Membrane and Electrode in Polymer Electrolyte Fuel Cell

유동근 ( Donggeun Yoo ) , 박민정 ( Minjeong Park ) , 오소형 ( Sohyeong Oh ) , 박권필 ( Kwon-pil Park )
  • : 한국화학공학회
  • : 화학공학 60권1호
  • : 연속간행물
  • : 2022년 02월
  • : 20-24(5pages)
화학공학

DOI


목차

1. 서 론
2. 실 험
3. 결과 및 고찰
4. 결 론
감 사
References

키워드 보기


초록 보기

고분자전해질 연료전지 (PEMFC) 장기 사용과정에서 스택요소의 부식 및 공급 가스의 오염에 의해 막전극 합체 (MEA)의 화학적 열화가 발생한다. 본 연구에서는 화학적으로 열화된 MEA를 산 세척해서 성능을 회복시킬 수 있는지 연구하였다. 철 이온을 오염시키고 황산 수용액으로 세척하여 PEMFC 셀에서 성능을 측정해 비교했다. 0.5 ppm의 철 이온 오염에 의해 약 25%의 성능 감소가 있었고 0.15 M 황산 세척에 의해 97.1% 성능회복이 가능했다. 고분자 막의 철 이온 오염에 의해 막 저항이 증가했고, 저농도 황산 수용액 세척에 의해 전극 촉매의 손실을 최소화하면서 막에서 철 이온을 세척함으로써 이온전도도가 회복되었다. PEMFC MEA의 화학적 오염에 의한 내구성 감소를 산 세척에 의해 해결할 수 있는 가능성을 확인하였다.
In the process of long-term use of PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cells), chemical degradation of membrane electrode assembly (MEA) occurs due to corrosion of stack elements and contamination of supply gas. In this study, we investigated whether chemically degraded MEA can be recovered by acid washing. The performance was measured and compared in a PEMFC cell after contamination with iron ions and washing with an aqueous sulfuric acid solution. The performance was reduced by about 25% by 0.5 ppm iron ion contamination, and 97.1% performance recovery was possible by washing of 0.15 M sulfuric acid. The membrane resistance was increased due to iron ion contamination of the polymer membrane, and the ionic conductivity was restored by washing the iron ions from the membrane while minimizing the loss of the electrode catalyst by washing with a low-concentration sulfuric acid aqueous solution. The possibility of solving the decrease in durability caused by chemical contamination of PEMFC MEA by the acid washing was confirmed.

UCI(KEPA)

간행물정보

  • : 공학분야  > 화학공학
  • : KCI등재
  • : SCOPUS
  • : 계간
  • : 0304-128x
  • : 2233-9558
  • : 학술지
  • : 연속간행물
  • : 1963-2022
  • : 5364


저작권 안내

한국학술정보㈜의 모든 학술 자료는 각 학회 및 기관과 저작권 계약을 통해 제공하고 있습니다.

이에 본 자료를 상업적 이용, 무단 배포 등 불법적으로 이용할 시에는 저작권법 및 관계법령에 따른 책임을 질 수 있습니다.

60권2호(2022년 05월) 수록논문
최근 권호 논문
| | | |

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)

다운로드

(기관인증 필요)

초록보기

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.

KCI등재 SCOPUS

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)

다운로드

(기관인증 필요)

초록보기

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.

KCI등재 SCOPUS

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)

다운로드

(기관인증 필요)

초록보기

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.

KCI등재 SCOPUS

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)

다운로드

(기관인증 필요)

초록보기

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.

KCI등재 SCOPUS

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)

다운로드

(기관인증 필요)

초록보기

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.

KCI등재 SCOPUS

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)

다운로드

(기관인증 필요)

초록보기

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.

KCI등재 SCOPUS

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)

다운로드

(기관인증 필요)

초록보기

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.

KCI등재 SCOPUS

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)

다운로드

(기관인증 필요)

초록보기

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).

KCI등재 SCOPUS

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)

다운로드

(기관인증 필요)

초록보기

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.

KCI등재 SCOPUS

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)

다운로드

(기관인증 필요)

초록보기

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.

12
권호별 보기
같은 권호 다른 논문
| | | | 다운로드

KCI등재SCOUPUS

1Polyaniline을 이용한 CNT fiber 유연 전극 기반의 비효소적 글루코스 검출

저자 : 송민정 ( Min-jung Song )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 1-6 (6 pages)

다운로드

(기관인증 필요)

초록보기

최근 웨어러블 디바이스에 대한 수요가 증가하면서 유연 전극 소재 개발에 대한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 특히, 헬스케어용 웨어러블 센서들은 체온이나 심장 박동, 혈당, 혈중 산소 농도 등 신체 정보들의 실시간·지속적인 모니터링과 정확한 진단, 검출이 가능해야 하기 때문에 고성능 유연 전극 소재의 개발이 무엇보다 중요하다. 본 연구에서는 탄소나노튜브 섬유(carbon nanotube fiber; CNT fiber) 기반의 유연 전극 소재의 성능을 개선시키기 위해 CNT fiber 위에 전기화학적 중합(electrochemical polymerization) 공정을 통해 polyaniline (PANI) layer를 합성하고, 이에 대한 전기화학적 특성 분석과 비효소적 글루코스(glucose) 검출 특성을 확인하였다. 제작된 PANI/CNT fiber 전극의 표면 분석은 주사전자 현미경(SEM)을 이용하여 진행되었으며, 전극의 전기화학적 특성 및 글루코스에 대한 센싱 성능은 시간대전류법(CA)과 순환전압 전류법(CV), 전기화학 임피던스법(EIS)을 이용하여 분석되었다. PANI/CNT fiber 전극의 전기화학적 특성은 bare CNT fiber 전극에 비해 작은 electron transfer resistance와 낮은 peak separation potential, 증가된 전극 면적을 나타내며, 이런 향상된 특성들 덕분에 글루코스 검출에 대한 센싱 성능이 개선되었다. 따라서, 본 연구를 기반으로 다양한 나노구조체를 도입하고 접목을 통해 고성능 CNT fiber 기반의 유연 전극 소재 개발이 가능할 것으로 기대된다.

KCI등재SCOUPUS

2PEMFC 고분자막의 어닐링 온도가 내구성에 미치는 영향

저자 : 이미화 ( Mihwa Lee ) , 오소형 ( Sohyeong Oh ) , 박유준 ( Yujun Park ) , 유동근 ( Donggeun Yoo ) , 박권필 ( Kwonpil Park )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 7-11 (5 pages)

다운로드

(기관인증 필요)

초록보기

고분자전해질 연료전지의(PEMFC)의 제막 과정에서 성능 및 내구성을 위해 건조와 어닐링의 열처리 과정이 필요하다. 본 연구에서는 고분자막 내구성 향상을 위한 최적의 어닐링 온도에 대해 연구하였다. 125~175 ℃ 온도 범위에서 어닐링하였고, 각 어닐링 온도에서 내구성의 기초 자료로 열 안정성 및 수소투과도를 측정하였다. 펜톤 반응과 OCV holding에 의해 전기화학적 내구성을 분석했다. 165 ℃ 어닐링 온도가 열 안정성과 수소투과도 면에서 최적의 온도였다. 펜톤 반응에서 165 ℃에서 어닐링한 막의 불소유출속도가 제일 낮고, OCV holding 실험에서도 165 ℃에서 어닐링한 막의 수명이 제일 길어, 165 ℃가 고분자막의 내구성을 위한 최적의 온도임을 확인했다.

KCI등재SCOUPUS

3Cathode 개방형 고분자연료전지 스택 내구성 평가

저자 : 유동근 ( Donggeun Yoo ) , 김현석 ( Hyeonsuck Kim ) , 오소형 ( Sohyeong Oh ) , 박권필 ( Kwon-pil Park )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 12-19 (8 pages)

다운로드

(기관인증 필요)

초록보기

소형 이송형 고분자전해질 연료전지 (PEMFC)에 많이 사용되는 cathode 개방형 PEMFC 스택은 내구성이 약한 문제점이 있다. 13개의 셀로 이루어진 PEMFC 스택의 가속 내구성 평가를 통해 스택의 열화 원인을 찾고 cathode 개방형 스택의 내구성 향상에 기여하고자 하였다. Cathode가 대기에 개방되어 있고, 기밀 유지가 어려운 cathode 개방형 스택의 구조적 문제점 때문에 시동/정지 (SU/SD)시 수소/공기 경계가 형성되어 cathode를 열화시킨다. 본 연구에서는 cathode 개방형 스택에 SU/SD 1,800회 반복 후 초기 성능의 54%가 감소하여 비교적 짧은 시간에 내구성을 평가할 수 있었다. 스택 해체 후 각 셀을 2등분하여 성능분석하였다. 전체적으로 공기 유입이 용이한 anode 출구부 MEA가 유입부 MEA보다 전극 열화가 더 심해서 SU/SD시 수소/공기 경계 형성이 주요 열화 원인임을 확인했다.

KCI등재SCOUPUS

4고분자전해질 연료전지에서 고분자 막과 전극의 철 이온 오염 및 산 세척 효과

저자 : 유동근 ( Donggeun Yoo ) , 박민정 ( Minjeong Park ) , 오소형 ( Sohyeong Oh ) , 박권필 ( Kwon-pil Park )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 20-24 (5 pages)

다운로드

(기관인증 필요)

초록보기

고분자전해질 연료전지 (PEMFC) 장기 사용과정에서 스택요소의 부식 및 공급 가스의 오염에 의해 막전극 합체 (MEA)의 화학적 열화가 발생한다. 본 연구에서는 화학적으로 열화된 MEA를 산 세척해서 성능을 회복시킬 수 있는지 연구하였다. 철 이온을 오염시키고 황산 수용액으로 세척하여 PEMFC 셀에서 성능을 측정해 비교했다. 0.5 ppm의 철 이온 오염에 의해 약 25%의 성능 감소가 있었고 0.15 M 황산 세척에 의해 97.1% 성능회복이 가능했다. 고분자 막의 철 이온 오염에 의해 막 저항이 증가했고, 저농도 황산 수용액 세척에 의해 전극 촉매의 손실을 최소화하면서 막에서 철 이온을 세척함으로써 이온전도도가 회복되었다. PEMFC MEA의 화학적 오염에 의한 내구성 감소를 산 세척에 의해 해결할 수 있는 가능성을 확인하였다.

KCI등재SCOUPUS

5스팀 절감량 예측을 위한 흑액 다중 효용 증발 공정 모델 개발

저자 : 김유림 ( Yurim Kim ) , 임종훈 ( Jonghun Lim ) , 최영렬 ( Yeongryeol Choi ) , 김태복 ( Taebok Kim ) , 박한신 ( Hansin Park ) , 조형태 ( Hyungtae Cho ) , 김정환 ( Junghwan Kim )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 25-33 (9 pages)

다운로드

(기관인증 필요)

초록보기

본 연구에서는 흑액 증발공정에 소비되는 스팀의 절감량을 예측하기 위해 증발기 수에 따른 다중 효용 증발공정 모델을 개발하였다. 개발한 공정 모델은 흑액의 예열 및 증발 과정으로 구성되어 있고, 스팀 사용량을 예측하기 위해 가상의 재비기가 추가되었다. 시뮬레이션 결과, 2중 효용 증발기에서 스팀 사용량은 48.9% 감소하였고, 증발기 수가 증가함에 따라 스팀 사용량이 감소하여 8중 효용 증발기에서 최대 76.5% 감소함을 확인하였다. 시뮬레이션 결과를 증발기 수에 따른 포화증기의 잠열 회수량, 스팀 사용량, 각 증발기의 포화증기 생산량으로 분석하여 최적의 증발기 수 도출을 위한 방안을 제시하였다.

KCI등재SCOUPUS

6재생에너지 기반 청정 수소 운송 에너지 시스템 모사 연구

저자 : 이준헌 ( Joon Heon Lee ) , 류준형 ( Jun-hyung Ryu )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 34-50 (17 pages)

다운로드

(기관인증 필요)

초록보기

파리 기후 협약 이후 온실 가스 감축은 전세계적으로 가장 중요한 문제이다. 특히 상당한 온실 가스를 배출하는 교통운송 부문의 화석 연료 감축이 시급하다. 본 논문에서는 이에 대한 대안으로 재생에너지원에서 생산된 전기 에너지로 수소를 생산하여 수소 자동차에 연료로 공급하는 그린 모빌리티 에너지 시스템의 경제성을 검토하였다. 시스템 설계에 필요한 재생에너지 발전, 수전해 통한 수소 생산, 수소 저장과 충전소 등 여러가지 결정사항들에 대해 9 가지 시나리오를 구성하여 그에 대한 최적 설계 및 운영 비용을 분석하였다. 본 연구에서 얻어진 경험은 현실적 수소 에너지 시스템을 구축하는데 활용될 수 있을 것이다.

KCI등재SCOUPUS

7Mathematical Modelling and Simulation of CO2 Removal from Natural Gas Using Hollow Fibre Membrane Modules

저자 : Boram Gu

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 51-61 (11 pages)

다운로드

(기관인증 필요)

초록보기

Gas separation via hollow fibre membrane modules (HFMM) is deemed to be a promising technology for natural gas sweetening, particularly for lowering the level of carbon dioxide (CO2) in natural gas, which can cause various problems during transportation and process operation. Separation performance via HFMM is affected by membrane properties, module specifications and operating conditions. In this study, a mathematical model for HFMM is developed, which can be used to assess the effects of the aforementioned variables on separation performance. Appropriate boundary conditions are imposed to resolve steady-state values of permeate variables and incorporated in the model equations via an iterative numerical procedure. The developed model is proven to be reliable via model validation against experimental data in the literature. Also, the model is capable of capturing axial variations of process variables as well as predicting key performance indicators. It can be extended to simulate a large-scale plant and identify an optimal process design and operating conditions for improved separation efficiency and reduced cost.

KCI등재SCOUPUS

8전기화학 증착법을 이용한 그래핀 개질 Indium Tin Oxide 전극 제작 및 효소 전극에 응용

저자 : 왕설 ( Xue Wang ) , 시키 ( Ke Shi ) , 김창준 ( Chang-joon Kim )

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 62-69 (8 pages)

다운로드

(기관인증 필요)

초록보기

그래핀은 부피에 비해 표면적이 넓고 뛰어난 기계적 물성과 전기전도성을 가지며 생체적합성이 우수하다. 본 연구에서는 전기화학적 방법을 이용하여 indium tin oxide (ITO) 글래스 슬라이드 표면에 산화그래핀을 증착·환원시킨 전극을 제작하였고 그래핀으로 표면 개질된 ITO의 전기화학적 특성을 조사하였다. 산화그래핀의 증착과 환원에 순환전압전류법을 사용하였다. 주사전자현미경과 에너지 분산형 X-선 분광법을 사용하여 그래핀이 코팅된 ITO 표면을 관찰하였다. 순환전압전류법과 전기화학 임피던스 분광법을 사용하여 제작된 전극들의 전기화학 특성을 평가하였다. 사이클 수와 주사 속도는 산화그래핀 증착과 환원도에 상당한 영향을 미쳤으며 제작된 전극의 전기화학 특성도 달랐다. ITO 전극에 비하여 그래핀으로 표면 개질된 ITO는 전극 계면에서의 전하 전달 저항이 낮았고 더 많은 전류를 생산하였다. 그래핀으로 표면 개질된 ITO 표면에 고정화된 포도당 산화효소는 포도당을 산화시키며 성공적으로 전자들을 생성하였다.

KCI등재SCOUPUS

9Optimization and Packed Bed Column Studies on Esterification of Glycerol to Synthesize Fuel Additives - Acetins

저자 : Pradima J Britto , Rajeswari M Kulkarni , Archna Narula , Sunaina Poonacha , Rakshita Honnatagi , Sneha Shivanathan , Waasif Wahab

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 70-79 (10 pages)

다운로드

(기관인증 필요)

초록보기

Biodiesel production has attracted attention as a sustainable source of fuel and is a competitive alternate to diesel engines. The glycerol that is produced as a by-product is generally discarded as waste and can be converted to green chemicals such as acetins to increase bio-diesel profitability. Acetins find application in fuel, food, pharmaceutical and leather industries. Batch experiments and analysis have been previously conducted for synthesis of acetins using glycerol esterification reaction aided by sulfated metal oxide catalysts (SO4 2-/CeO2-ZrO2). The aim of this study was to optimize process parameters: effects of mole ratio of reactants (glycerol and acetic acid), catalyst concentration and reaction temperature to maximize glycerol conversion/acetin selectivity. The optimum conditions for this reaction were determined using response surface methodology (RSM) designed as per a five-level-three-factor central composite design (CCD). Statistica software 10 was used to analyze the experimental data obtained. The optimized conditions obtained were molar ratio - 1:12, catalyst concentration - 6 wt.% and temperature -90 ℃. A packed bed reactor was fabricated and column studies were performed using the optimized conditions. The breakthrough curve was analyzed.

KCI등재SCOUPUS

10Eosin Biosorption from Aqueous Solution on Two Types of Activated Sludge

저자 : Farsi Cherifa , Cherifi Hakima , Yous Radhia , Hanini Salah , Khalladi Razika

발행기관 : 한국화학공학회 간행물 : 화학공학 60권 1호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 80-85 (6 pages)

다운로드

(기관인증 필요)

초록보기

In wastewater treatment processes huge quantities of sludge are produced continuously each year. This work investigated the reuse of two types of sludge as biosorbents of a toxic dye. The potential of granular and filamentous fungus dried sludge for the elimination of eosin from aqueous solution was studied in batch system. The effect of initial concentration and temperature was examined. Maximum uptake was observed at 100 mg l-1 and 30 ℃. The maximum removal rate was 92% for the granular sludge and 90% for the filamentous one. Equilibrium was attained after 30 min for the studied dye concentrations. The equilibrium uptake increased with the initial eosin concentration. The Freundlich and Langmuir adsorption models were also investigated. The reuse of disposed sludge as adsorbent could be a solution for the valorization of such dangerous waste to resolve two environmental problems at the same time.

123
발행기관 최신논문
자료제공: 네이버학술정보
발행기관 최신논문
자료제공: 네이버학술정보

내가 찾은 최근 검색어

최근 열람 자료

맞춤 논문

보관함

내 보관함
공유한 보관함

1:1문의

닫기