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Recent Progress on Adsorptive Removal of Cd(II), Hg(II), and Pb(II) Ions by Post-synthetically Modified Metal-organic Frameworks and Chemically Modified Activated Carbons

Phani Brahma Somayajulu Rallapalli , Suk Soon Choi , Jeong Hyub Ha
  • : 한국공업화학회
  • : 공업화학 33권2호
  • : 연속간행물
  • : 2022년 04월
  • : 133-144(12pages)
공업화학

DOI


목차

1. Introduction
2. MOFs and their post-synthetic modification (PSM) methods
3. Activated carbon and their chemical modification methods
4. Loading of nitrogen and sulphur-containing groups on ACs and MOFs
5. Modification with magnetic metal oxides
6. Modification with Chitosan
7. Conclusions and future perspectives
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Fast-paced industrial and agricultural development generates large quantities of hazardous heavy metals (HMs), which are extremely damaging to individuals and the environment. Research in both academia and industry has been spurred by the need for HMs to be removed from water bodies. Advanced materials are being developed to replace existing water purification technologies or to introduce cutting-edge solutions that solve challenges such as cost efficacy, easy production, diverse metal removal, and regenerability. Water treatment industries are increasingly interested in activated carbon because of its high adsorption capacity for HMs adsorption. Furthermore, because of its huge surface area, abundant functional groups on surface, and optimal pore diameter, the modified activated carbon has the potential to be used as an efficient adsorbent. Metal-organic frameworks (MOFs), a novel organic-inorganic hybrid porous materials, sparked an interest in the elimination of HMs via adsorption. This is due to the their highly porous nature, large surface area, abundance of exposed adsorptive sites, and post-synthetic modification (PSM) ability. This review introduces PSM methods for MOFs, chemical modification of activated carbons (ACs), and current advancements in the elimination of Pb2+, Hg2+, and Cd2+ ions from water using modified MOFs and ACs via adsorption.

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간행물정보

  • : 공학분야  > 화학공학
  • : KCI등재
  • : SCOPUS
  • : 격월
  • : 1225-0112
  • : 2288-4505
  • : 학술지
  • : 연속간행물
  • : 1990-2022
  • : 3938


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33권3호(2022년 06월) 수록논문
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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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1유기태양전지의 전자 받개 물질들

저자 : 공재민 ( Jaemin Kong ) , 남상용 ( Sang-yong Nam )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 119-125 (7 pages)

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최근 유기태양전지의 효율이 18%를 넘어섰다. 이러한 급속한 효율의 증가는 전자 주개 고분자와 짝을 이루는 전자 받개 물질의 개발과 깊은 연관성을 가지고 있다. 이 미니 리뷰에서는 전자 받개 물질의 개발 과정을 통해 유기태양전지의 발전 양상을 살펴본다. 본 리뷰의 첫 번째 파트에서는 유기태양전지 발전의 전반부를 이끌었던 풀러렌 기반 전자 받개 물질에 대해 살펴본다. 그리고 두 번째 파트에서는 풀러렌 기반 전자 받개 물질의 단점들을 극복할 잠재력을 가지고 있으며, 유기태양전지에 새로운 전기를 가져다 준 비(非)플러렌 기반 전자 받개 물질에 대해서 소개한다. 마지막 파트에서는 리뷰의 전체적인 요약과 더불어 20% 효율을 넘어설 전략에 대해 간단히 논의하며 본 리뷰를 마무리한다.

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2금속 나노입자 도입형의 초고감도 센서 개발 및 알칼라인 연료 측정에 적용 연구

저자 : 누드듀돈타뉴 ( Dieudonne Tanue Nde ) , 이지원 ( Ji Won Lee ) , 이혜진 ( Hye Jin Lee )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 126-132 (7 pages)

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암모니아 및 하이드라진 등의 액체연료를 사용하는 알칼라인 연료전지는 높은 에너지 밀도, 저장 및 운송의 용이성, 경제성 등의 장점으로 청정 및 재생 에너지 솔루션으로 각광받고 있다. 하지만 환원극에서 플러딩, 연료 크로스오버 현상, 부반응생성물, 연료 안정성 및 독성 등의 문제들이 여전히 이슈가 되고 있다. 이 중 효율적인 에너지 생산을 위해 산화극에서 산화되어야 하는 연료의 손실을 사전에 감지할 수 있는 연료 모니터링 시스템의 개발은 알칼라인 연료를 사용하는 연료 전지의 성능 향상에 큰 도움을 줄 것으로 사료된다. 하이드라진 및 암모니아의 농도를 실시간으로 측정 가능한 센싱 플랫폼이 다수 개발되어왔으며, 이 중 높은 선택성 및 민감도, 신속한 실시간 모니터링, 플랫폼의 휴대화 등의 장점을 갖는 전기화학적 센서 개발 연구 분야의 최신 동향에 대해 소개하고자 한다. 특히 센서의 감도 및 선택성 증대를 위해 다양한 금속성, 금속산화물 나노소재 및 하이브리드 나노소재를 접목하는 연구 방향에 대해 중점적으로 소개하고자 한다.

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3Recent Progress on Adsorptive Removal of Cd(II), Hg(II), and Pb(II) Ions by Post-synthetically Modified Metal-organic Frameworks and Chemically Modified Activated Carbons

저자 : Phani Brahma Somayajulu Rallapalli , Suk Soon Choi , Jeong Hyub Ha

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 133-144 (12 pages)

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Fast-paced industrial and agricultural development generates large quantities of hazardous heavy metals (HMs), which are extremely damaging to individuals and the environment. Research in both academia and industry has been spurred by the need for HMs to be removed from water bodies. Advanced materials are being developed to replace existing water purification technologies or to introduce cutting-edge solutions that solve challenges such as cost efficacy, easy production, diverse metal removal, and regenerability. Water treatment industries are increasingly interested in activated carbon because of its high adsorption capacity for HMs adsorption. Furthermore, because of its huge surface area, abundant functional groups on surface, and optimal pore diameter, the modified activated carbon has the potential to be used as an efficient adsorbent. Metal-organic frameworks (MOFs), a novel organic-inorganic hybrid porous materials, sparked an interest in the elimination of HMs via adsorption. This is due to the their highly porous nature, large surface area, abundance of exposed adsorptive sites, and post-synthetic modification (PSM) ability. This review introduces PSM methods for MOFs, chemical modification of activated carbons (ACs), and current advancements in the elimination of Pb2+, Hg2+, and Cd2+ ions from water using modified MOFs and ACs via adsorption.

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4Drying Techniques of Microalgal Biomass: A Review

저자 : Gyu Min Kim , Young-kee Kim

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 145-150 (6 pages)

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Microalgae are attracting attention as a resource for the production of biofuels, food nutrients, biochemicals, and bioplastics. Among a wide range of sources of the biomass, microalgae have been highlighted due to relatively easy cultivation, ability to eliminate carbon dioxide, and low culturing cost. Despite the great potential of microalgal biomass as a biological material, the complexity and relatively expensive downstream processes have inhibited the commercial use of microalgae. In this study, we reviewed recent techniques for microalgal drying for the production of microalgal based products. As drying processes comprise the largest portion of microalgae processing cost, an efficient drying technique is key to the utilization of microalgal biomass.

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5활성탄에 의한 작용기가 다른 염료의 흡착: 파라미터 및 경쟁 흡착

저자 : 이종집 ( Jong Jib Lee )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 151-158 (8 pages)

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본 논문은 활성탄에 의해 작용기가 다른 말라카이트 그린(MG), 다이렉트 레드 81 (DR 81) 및 티오플라빈 S (TS)의 흡착에 대한 파라미터 특성(PH 효과, 등온선, 동역학 및 열역학 파라미터) 및 염료의 경쟁 흡착에 대해 조사하였다. Langmuir, Freundlich 및 Temkin 등온선 모델을 사용하여 염료의 흡착 메커니즘 및 활성탄에 의한 흡착 처리의 적합성을 평가했다. Langmuir 무차원 분리 계수 값은 활성탄에 의한 세 가지 염료의 흡착 처리가 효과적인 방법임을 나타내었다. 활성탄에 대한 세 가지 염료의 흡착 메커니즘은 Temkin 식에서 계산된 흡착열로부터 물리 흡착임을 확인하였다. 세 가지 염료의 흡착 동역학은 유사 2차 모델에 가까웠으며 잘 일치함을 보여주었다. 활성탄에 의한 세 가지 염료의 흡착 과정의 속도 지배 단계는 입자내 확산이었다. 양의 엔탈피와 엔트로피 변화는 각각 흡열 반응과 고액계면에서 흡착에 의한 무질서도가 증가함을 나타내었다. 세 가지 염료의 음의 Gibbs 자유 에너지 값은 온도가 증가함에 따라 자발성이 높아지는 것을 나타냈다. 삼성분 경쟁흡착에서 흡착능력이 높은 MG는 혼합용액에서 DR 81과 TS에 의해 약간의 방해를 받았으나, 흡착능력이 낮은 DR 81과 TS는 흡착력이 좋은 MG의 영향을 받아 흡착률이 크게 증가하였다.

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6플라즈마 및 직접 기상 불소화에 의해 제어된 산소결핍 불소화 WO3 광촉매의 광분해 특성

저자 : 이혜련 ( Hyeryeon Lee ) , 이란은 ( Raneun Lee ) , 김대섭 ( Daesup Kim ) , 이영석 ( Young-seak Lee )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 159-165 (7 pages)

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WO3 광촉매의 광분해 성능을 증대시키기 위하여 산소결핍자리 생성을 유도하기 위한 불소 도핑을 수행하였다. 불소 도핑을 위하여 플라즈마 불소화와 직접 기상 불소화를 진행하였으며, 두 가지 방법으로 불소화한 WO3 광촉매의 광분해 성능을 비교하기 위하여 메틸렌블루 염료 분해 성능을 평가하였다. 플라즈마 불소화한 WO3 광촉매와 직접 기상 불소화한 WO3 광촉매의 산소결핍자리는 각 14.65 및 18.59%로 미처리 WO3 광촉매 대비 각 23, 56% 증가하였으며, WO3 광촉매의 산소결핍자리가 증가함에 따라 메틸렌블루 염료분해 성능 역시 미처리 WO3 광촉매 대비 각 1.7, 3.4배 증가한 것을 확인하였다. 또한 불소 도핑 후 밴드갭 에너지는 각 2.95 eV에서 2.64, 2.45 eV로 감소한 것을 확인하였다. 이러한 결과로 미루어 보아 직접 기상 불소화 공정이 플라즈마 불소화 공정과 비교하여 WO3 광촉매의 활성을 증대시키는데 유리한 공정인 것으로 사료된다.

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7메탄올 용매추출을 이용한 콜타르 흡수유 중의 인돌 결정화

저자 : 류희용 ( Heeyong Ryu ) , 이상헌 ( Sangheon Lee ) , 신성순 ( Sungsoon Shin )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 166-172 (7 pages)

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콜타르 흡수유에 함유되어 있는 성분 중 고부가가치의 인돌을 효율적으로 분리, 회수 하기 위하여 추출-증류-결정화의 과정을 거치는 방법으로 천연 인돌 확보 기술을 연구하였다. 본 연구에 사용된 콜타르 흡수유의 주요 성분은 1.2% 나프탈렌, 0.1% 퀴놀린, 0.4% 이소퀴놀린, 6.4% 인돌, 21.0% 1-메틸나프탈렌, 48.8% 2-메틸나프탈렌 그리고 11.7% 비페닐을 포함하고 있다. 인돌의 분리, 정제를 위해 먼저 메탄올을 용매로 사용하여 콜타르 흡수유 중 인돌 성분을 추출상으로 분리한 후, 증류법으로 메탄올을 회수하였다. 계속해서 메탄올이 제거된 추출용액에 노말헥산을 혼합한 후 결정화하여 순도 99.3%의 인돌을 회수하였다. 또한 본 연구 결과를 바탕으로 개략적인 콜타르 흡수유 중 인돌 회수의 공정을 제안하였다.

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8폐암 진단에 적용 가능한 측면 유동 면역 형광 분석법 개발

저자 : 뮬야수피안토 ( Mulya Supianto ) , 임정민 ( Jungmin Lim ) , 이혜진 ( Hye Jin Lee )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 173-178 (6 pages)

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탄소나노점@실리카를 신호 형질 소재로 이용한 측면 유동 면역 형광 분석법을 개발하여 폐암 바이오마커 중에 하나인 레티놀 결합 단백질 4의 농도를 분석하는 데 적용하고자 하였다. 측면 유동 면역 형광 분석법에서 항원 검출을 위해 바이오리셉터로 주로 사용하였던 항체 대신 좀 더 경제적이고, 장기간 보관성이 용이하며, 특정 표적 단백질에 대해 친화력이 강한 압타머를 니트로셀룰로오스 멤브레인에 사용하였다. 레티놀 결합 단백질 4에 특이적이며 5' 말단을 비오틴으로 변형한 압타머를 뉴트라비딘과 반응시켜 비오틴과 뉴트라비딘의 강한 결합력에 의해 압타머가 니트로셀룰로오스 멤브레인에 고정되도록 하였다. 압타머가 고정된 스트립에 레티놀 결합 단백질 4 항체를 공유결합으로 고정한 탄소나노점@실리카 블루 형광 신호 형질 나노입자와 레티놀 결합 단백질 4 항원을 측면 유동 방식으로 흘려 주어 샌드위치 복합체를 형성하였다. 이렇게 형성된 샌드위치 복합체에서 탄소나노점@실리카 나노입자에 의한 형광 신호를 측정하여 항원 농도를 분석하기 위한 최적의 조건을 선정하기 위해 전개 완충용액에 첨가된 계면활성제의 농도, 이온 세기를 변화시키면서 블로킹 시약을 추가적으로 사용하였다. 그 결과 150 mM NaCl 및 0.05% Tween-20을 포함하는 10 mM Tris 완충용액(pH 7.4)에서 0.6 M 에탄올아민을 블로킹 시약으로 사용하였을 때 니트로셀룰로오스 멤브레인에 도포된 압타머와 레티놀 결합 단백질 4 항원 및 탄소나노점@실리카 나노입자로 레이블링한 항체가 결합하여 최적의 형광분석신호를 내는 것을 확인 가능하였다. 이러한 결과는 현장진단검사 키트로 현재 각광을 받고 있는 측면 유동 면역 형광 분석법에서 항체 대신 압타머를 니트로셀룰로오스 멤브레인에 고정함으로써 좀 더 경제적이며, 장기간 보관이 용이한 측면 유동 면역 형광 분석 칩을 제작하여 폐암 질환 진단용 바이오마커 검출이 가능함을 시사하였다.

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9보존제로서 1,2-도데실아미노프로판디올의 합성 및 1,2-알칸디올 화합물의 혼합 효과

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

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 179-187 (9 pages)

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본 연구에서는 1,2-알칸디올계 화합물의 보존력과 친수성을 향상할 목적으로 12개의 탄소 사슬 길이와 아민기를 갖는 1,2-도데실아미노프로판디올(1,2-dodecylaminopropanediol, 1,2-DDAP)의 합성을 설계하였다. 1,2-DDAP는 40 ℃의 에탄올(ethanol) 용매에서 도데실아민(dodecyl amine, DDA)과 3-모노클로로-1,2-프로판디올(3-monochloro-1,2-propanediol, 3-MCPD)의 반응에 의해 제조하였으며, 그 수율과 순도는 1:0.8의 DDA:3-MCPD 몰 비와 2 h의 반응 조건에서 각각 약 56%와 98%였다. 1,2-DDAP의 항균 효과는 1,2-옥탄디올(1,2-octanediol, 1,2-ODIOL) 또는 1,2-데칸디올(1,2-decanediol, 1,2-DDIOL)과 비교하여 10~100배 낮은 농도에서 미생물에 대한 최소억제농도와 최소살균농도 값을 나타내었다. 1,2-DDAP의 친수성을 바탕으로 1,2-DDAP로 물에 난용성인 1,2-ODIOL 또는 1,2-DDIOL을 소량 첨가하여 혼합 보존제를 제조하였다. 항균력 시험에서 혼합 보존제는 1,2-DDAP 단독사용 대비 동등 이상의 미생물 억제효과를 나타내었다. 응용을 위해 로션(화장품 제형)에서 보존 효과를 확인한 결과, 1,2-DDAP는 1,2-ODIOL 또는 1,2-DDIOL과 비교하여 0.3~0.6배의 낮은 농도에서 유사한 항균력을 나타내었다. 따라서 1,2-DDAP의 단독 사용 및 1,2-ODIOL 또는 1,2-DDIOL을 소량 혼합하여 사용하는 것이 제품 내 보존제에 대한 좋은 대안으로 사용될 수 있을 것이다.

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10탄소나노튜브 전자 필름을 이용한 고감도-고선택성 전기화학 글루코스 센서

저자 : 이승우 ( Seung-woo Lee ) , 이동욱 ( Dongwook Lee ) , 서병관 ( Byeong-gwuan Seo )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 2호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 188-194 (7 pages)

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본 연구에서는 비파괴적 표면 기능기화 통하여 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT) 탄소소재의 특성 변화를 최소화 시킬 수 있는 대면적화 공법을 제안하고, 대면적화 된 SWNT 전자 필름 상에 효소를 집적하여 효소와 SWCNT 전자 필름 간 효율적 전자 전달을 연구하였다. p-terphenyl-4,4''-dithiol, dithiothreitol와 SWCNT의 혼합을 통해 SWCNT 전자 필름의 균일도 및 전하 전달 능력을 향상시키고, 분광학적 분석 및 전기화학적 특성을 평가하여 SWCNT 전자 필름의 향상된 전기화학적 특성을 확인하였다. 전자 필름 상에 고분자 전해질 및 포도당 산화환원 효소를 layer-by-layer 기법으로 효율적으로 집적하여, 최종적으로 음전압 범위에서 구동이 가능한 포도당(glucose) 바이오센서를 구현하였다. 개발된 포도당 바이오센서는 효소와 SWCNT 전자 필름과의 높은 전하 전달 효율을 바탕으로 -0.45 vs. Ag/AgCl 음전압 범위에서 높은 산화환원 신호를 보였을 뿐 아니라 0~1 mM의 낮은 글루코스 농도 변화에서 약 98 μA/mM·㎠의 높은 감도를 보였다. 또한 음전압 구동을 통하여, 산화 반응을 일으킬 수 있는 4종의 방해물질(요산, 아스코르빅산, 도파민, 아세타 아미노펜) 환경에서 4% 이하의 변화를 보여 높은 선택성을 보였다.

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발행기관 최신논문
자료제공: 네이버학술정보
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