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

Analysis of Surface Properties of PVC Thin Film according to Addition of Non-solvent to PVC-THF Solution

이승규 ( Seung Gyu Lee ) , 문제철 ( Je Cheol Moon ) , 이원규 ( Won Gyu Lee )
  • : 한국공업화학회
  • : 공업화학 33권4호
  • : 연속간행물
  • : 2022년 08월
  • : 367-372(6pages)
공업화학

DOI


목차

1. 서 론
2. 실 험
3. 결과 및 토론
4. 결 론
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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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간행물정보

  • : 공학분야  > 화학공학
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  • : 1225-0112
  • : 2288-4505
  • : 학술지
  • : 연속간행물
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33권5호(2022년 10월) 수록논문
최근 권호 논문
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1양자점 기반 다중 바이오마커 검출법의 연구동향

저자 : 김예린 ( Yerin Kim ) , 최유림 ( Yu Rim Choi ) , 김봉근 ( Bong-geun Kim ) , 나현빈 ( Hyon Bin Na )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 451-458 (8 pages)

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반도체 양자점은 우수한 형광 특성을 가진 광학 탐침자로 생명-의학 영상화 기술 및 바이오센싱 분야에서 광범위하게 활용되고 있다. 양자점은 넓은 광흡수 에너지띠, 좁은 형광 에너지띠와 같은 광학 특성을 가지므로 서로 다른 형광 파장을 지닌 양자점을 조합해 다종의 신호를 생성할 수 있도록 구성하면 복수의 바이오마커를 동시에 검출할 수 있다. 본 총설에서는 이와 같은 다중 검출 분석법에서의 양자점 및 이에 기반한 양자점 나노비드가 가지는 장점과 활용 사례를 기술하고 다중 형광 바이오마커 검출법의 최근 개발 동향 및 개선사항을 요약 정리하였다. 특히 양자점을 활용한 형광-결합 면역흡착 분석법, 양자점 나노비드를 이용한 면역크로마토그래피 분석법 등 면역 분석법에서의 신호 전환 소재 디자인을 중심으로 최근의 연구 결과를 검토하였다. 정확성과 민감도가 우수한 다중 바이오마커 검출 기술이 확보된 데이터를 처리하고 해석하는 인공지능 알고리즘과 결합될 경우 질병의 조기 진단을 포함한 다양한 분야에 활용가능한 새로운 검출 플랫폼의 개발로 이어질 것으로 기대된다.


Semiconductor quantum dots (QDs) are optical probes with excellent fluorescence properties. Therefore, they have been applied to various bio-medical imaging techniques and biosensors. Due to the unique optical characteristics of wide absorption and narrow fluorescence energy bands, multiple types of signals can be generated by the combination of fluorescence wavelengths from different QDs, which enables the simultaneous detection of more than two biomarkers. In this review, the advantages and applications of QDs and QD nanobeads (QBs) in multiple biomarker assays were described, and new developments or improvements in multiplexed biomarker detection techniques were summarized. In particular, recent reports were summarized, focusing on the design strategies in immunoassay construction and signal transducing materials for fluorescence-linked immunosorbent assays using QDs and immunochromatographic assays using QBs. New detection platforms will be developed for early diagnosis of diseases and other fields if multiplexed detection technologies of excellent accuracy and sensitivity are combined with artificial intelligence algorithms.

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2코팅 피치의 물성제어를 통한 흑연 음극재의 전기화학 성능 향상 연구

저자 : 김보라 ( Bo Ra Kim ) , 김지홍 ( Ji Hong Kim ) , 강석창 ( Seok Chang Kang ) , 임지선 ( Ji Sun Im )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 459-465 (7 pages)

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천연 흑연의 전기화학적 특성 향상을 목적으로 피치 코팅을 실시하였다. 최적 코팅용 피치의 합성조건을 알아보기 위해 다양한 온도에서 합성된 피치를 코팅하여 음극 특성을 알아보았다. 합성온도가 증가할수록 연화점, 잔탄율이 증가하며 열적 안정성이 높아졌으나, 430 ℃에서는 과한 축합반응으로 NI (NMP Insoluble)가 다량 합성되었다. 높은 열적 안정성으로 표면의 균일도와 코팅 두께가 증가함에 따라 제조된 음극재의 향상된 초기쿨롱효율과 출력특성의 결과를 얻을 수 있었다. 하지만 과한 NI가 함유된 피치로 코팅한 음극재는 코팅이 실시되지 않은 흑연보다 저하된 전기화학 특성을 나타냈다. NI는 분산성이 낮고 열처리 후 구체 형성의 영향으로 불균일한 SEI층 형성에 기인한다는 결과를 얻을 수 있었다. 피치 합성온도를 제어하여 균일한 표면과 적절한 코팅층 형성이 이루어지는 최적 조건을 도출하였다.


A pitch coating method was proposed for the purpose of improving the electrochemical properties of natural graphite. The synthesis conditions of pitch coating were optimized via measuring electrochemical properties of pitch-coated graphite anodes. As the synthesis temperature increased, the thermal stability was improved in addition to an increase in the softening point and residual carbon weight. However, the synthesis temperature of 430 ℃ resulted in the synthesis of a large amount of NI (NMP Insoluble) due to excessive condensation reaction. As the surface uniformity and coating thickness increased due to high thermal stability, the initial coulombic efficiency and rate capability of the pitch-coated graphite were improved. However, the graphite coated with the pitch containing excessive NI showed lower electrochemical properties than the uncoated graphite. NI had low dispersibility and formed spheres after heat treatment, so it formed the heterogeneous and thicker SEI layer. The optimum conditions for forming a uniform surface and an appropriate coating layer were investigated.

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3아세트산 에틸 제거를 위한 공침법 기반의 Cu 및 Mn 이종금속 촉매의 제조

저자 : 김민재 ( Min Jae Kim ) , 윤조희 ( Jo Hee Yoon ) , 정재민 ( Jae-min Jeong ) , 최봉길 ( Bong Gill Choi )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 466-470 (5 pages)

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최근 촉매 소각 공정은 휘발성 유기 화합물을 저온(< 450 ℃)에서 고효율( > 95%)로 산화 및 분해하기 위해 상당한 주목을 받고 있다. 많은 귀금속 촉매 물질이 잘 연구되어 사용되고 있으나 단가가 비싸고 위험하다. 본연구에서는 Cu와 Mn 전구체의 공침법을 활용하여 간단하고 손쉬운 합성 방법을 개발함으로써 고활성 및 저비용의 Cu-Mn 바이메탈 촉매를 제조하였다. 촉매 합성은 Cu와 Mn의 조성비를 조절하여 최적화하였다. 최적화된 촉매는 메조포러스 구조로 230.8 ㎡/g의 넓은 표면적을 나타냈다. 촉매 성능을 입증하기 위해 에틸 아세테이트의 산화 반응에 대해 Cu-Mn 촉매를 테스트했으며, 250 ℃의 저온에서 100%의 높은 전환 효율을 나타내었다.


The catalytic thermal oxidizer process has recently attracted considerable attention for the oxidation and decomposition of volatile organic compounds at low temperatures (< 450 ℃) with high efficiency ( > 95%). Although many noble metal catalytic materials are well established, they are expensive and hazardous. Herein, highly active and low-cost Cu-Mn bimetallic catalysts were prepared using a simple and facile synthesis method involving the co-precipitation of Cu and Mn precursors. The synthesis of the catalyst was optimized by controlling the composition ratio of Cu and Mn. The optimized catalyst exhibited a large surface area of 230.8 ㎡/g with a mesoporous structure. To demonstrate the catalytic performance, the Cu-Mn catalyst was tested for the oxidation reaction of ethyl acetate, showing a high conversion efficiency of 100% at a low temperature of 250 ℃.

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4케냐프 섬유 조성에 따른 PP/케냐프 펠트 복합체의 물리적 성질 연구

저자 : 구선교 ( Sun Gyo Ku ) , 김연철 ( Youn Cheol Kim )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 471-476 (6 pages)

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폴리프로필렌(polypropylene, PP)에 고 함량의 케나프 섬유(kenaf fiber, KF)를 투입하기 위해 PP/KF 펠트가 사용되었으며, 바인더로 폴리우레탄(polyurethane, PU)이 사용되었다. PU 바인더의 조성비 선정을 위해 이소시아네이트와 polyol 비율에 따른 PP/KF/PU 펠트 복합체의 굴곡 강도를 평가하였다. 상용화제로 말레인산 무수물(maleic anhydride, MAH)이 그라프트된 PP-g-MAH가 적용되었다 PP/KF/PU 펠트 복합체의 기계적 물성 변화를 고찰하기 위해 인장, 굴곡 및 충격 특성을 평가하였고, 기계적 물성이 개선됨을 확인하였다.


PP/KF felt was used to load a high content of kenaf fiber (KF) into polypropylene (PP), and polyurethane (PU) was used as a binder. In order to find an optimum composition ratio of the PU binder, the flexural strength of the PP/KF/PU felt composite according to the isocyanate and polyol ratio was evaluated. PP-g-MAH grafted with maleic anhydride (MAH) was applied as a compatibilizer. Tensile, flexural, and impact properties were evaluated to consider changes in mechanical properties of the PP/KF/PU felt composite, and the properties were improved.

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5용매 추출에 의한 조제 메틸나프탈렌유에 함유된 함질소화합물의 저감에 관한 실험적 연구(Ⅱ)

저자 : 강호철 ( Ho-cheol Kang ) , 김수진 ( Su Jin Kim )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 477-481 (5 pages)

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조제 메틸나프탈렌유(CMNO)의 품질향상의 일환으로, 본 연구는 포름아미드 추출에 의한 CMNO에 함유된 함 질소화합물(NC)의 저감을 실험적으로 검토했다. 원료로서는 3종류의 NC [퀴놀린(QU), 이소퀴놀린(IQU), 인돌(IN)], 3종류의 2환 방향족화합물[BAC; 나프탈렌(NA), 1-메틸나프탈렌(1MNA), 2-메틸나프탈렌(2MNA)]과 비페닐(BP) 등이 함유된 CMNO를, 용매로서는 포름아미드 수용액을 각각 사용했다. 초기 용매에 함유된 물의 체적분율(yw,0)의 증가는 3종류의 NC의 분배계수와 수율을 급격히 감소시켰으나, 역으로 2MNA을 기준한 NC의 선택도를 증가시켰다. 일정한 조건[yw,0 = 0.1, 초기 원료(CMNO)에 대한 용매의 체적분율 = 1, 조작온도 = 303 K, 액-액 접촉시간 = 72 h]하의 회분 병류 5단 평형추출을 통해 회수된 추잔유 중의 QU, IQU와 IN의 조성은 CMNO에 비해 각각 약 51.5%, 55.2%와 71.8% 저감되었다. 본 연구를 통해 나타난 우수한 NC의 저감율로부터 본 연구의 포름아미드 추출법은 CMNO에 함유된 NC의 저감법으로 기대되었다.


As a part of improving the quality of crude methylnaphthalene (CMNO), this study was experimentally examined the reduction of nitrogen-containing compounds (NC) present in the CMNO by solvent extraction. The CMNO was composed of three kinds of NC [quinolone (QU), iso-quinoline (IQU), indole (IN)], three kinds of bicyclic aromatic compound [BAC; naphthalene (NA), 1-methylnaphthalene (1MNA), 2-methylnaphthalene (2MNA)] and biphenyl (BP) etc., in addition to an aqueous formamide solution, which were used as raw materials and a solvent, respectively. The increase in the volume fraction of water to the solvent in the initial state (yw,0) caused a sharp decrease in the distribution coefficient and the yield of NC, but conversely raised the increased selectivity of NC based on 2MNA. The compositions of QU, IQU and IN in the raffinate oil recovered through the equilibrium extraction of batch co-current 5-stage under constant conditions [yw,0 = 0.1, volume fraction of solvent to feed (CMNO) at the initial state = 1, operating temperature = 303 K, liquid-liquid contacting time = 72 h] were reduced by about 51.5%, 55.2%, and 71.8%, respectively, when compared to those of CMNO. From the excellent reduction rate of NC, the formamide extraction method suggested in this study can be expected to be a useful reduction method for NC contained in the CMNO.

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6V2O5/TiO2 촉매의 활성금속 함량이 촉매 활성에 미치는 영향

저자 : 장영희 ( Younghee Jang ) , 김성철 ( Sung Chul Kim ) , 김성수 ( Sung Su Kim )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 482-487 (6 pages)

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본 연구에서는 V/TiO2 촉매를 사용하여 황화수소 상온 제거 특성을 평가하기 위해 촉매 활성 실험 및 특성 분석을 수행하였다. 최적 바나듐 함량은 10 wt%였고, 상대습도 60~80% 조건에서 60분 이상의 내구성을 보였다. BET 및 raman 분석을 통해, 표면에 노출된 바나듐의 구조가 V/TiO2 촉매 활성의 지배적인 요인인 것으로 나타났다. 또한 SEM, EDS 그리고 XRD 분석은 촉매 표면에 생성물인 황이 축적될 수 있음을 보였으며, 결과적으로 촉매의 내구성이 감소되었다. 따라서 촉매 산화와 재생 공정의 연계가 필요할 것으로 판단된다.


In this study, the activity test and characterization were performed to evaluate the hydrogen sulfide removal characteristics using a V/TiO2 catalyst at room temperature. The optimal vanadium loading was 10 wt%, and the durability was greater than 60 minutes at 60~80% relative humidity. The Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area and raman spectroscopy results con-firmed that the structure of the vanadium site exposed to the surface was a dominant factor in catalyst activity. From Scanning Electron Microscope (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) and X-ray crystallography (XRD) analyses, it was found that sulfur can be accumulated on the catalyst surface, which results in a decrease in durability under catalytic activity tests. Therefore, it is judged that a combined process of catalytic oxidation and regeneration is needed.

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7가스 흡착 및 분리공정용 활성탄소와 탄소분자체의 제조 및 응용

저자 : 정서경 ( Seo Gyeong Jeong ) , 하성민 ( Seongmin Ha ) , 이영석 ( Young-seak Lee )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 488-495 (8 pages)

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온실가스의 회수 및 분리를 위한 다공성 물질로 활성탄소와 탄소분자체가 주목을 받아왔다. 균일한 기공을 가지는 탄소분자체는 특정 가스를 선택적으로 흡착할 수 있기 때문에 가스의 포집 및 분리에 사용되고 있다. 탄소분자체의 성능은 세공의 크기 및 균일성에 따라 좌우되는데, 이러한 탄소분자체의 미세 기공 제어를 위하여 표면을 일정한 두께로 코팅할 수 있는 화학기상증착법이 널리 사용 되고 있다. 이 화학기상증착법은 탄소분자체 제조 시 기공의 크기를 제어하는데 사용될 수 있으나, 그 실험 변수가 다양하기 때문에 이에 대한 최적화가 필요하다. 따라서, 본 총설에서는 가스 흡착 및 분리공정용 활성탄소와 탄소분자체를 제조하기 위하여 여러 가지 활성화 공정, 화학기상증착법과 표면처리 등에 의한 기공 제어 기술들을 중심으로 다루고자 한다.


Activated carbon (AC) and carbon molecular sieve (CMS) have attracted attention as porous materials for recovery and separation of greenhouse gases. The carbon molecular sieve having uniform pores is used for collecting and separating gases because it may selectively adsorb a specific gas. The size and uniformity of pores determine the performance of the CMS, and chemical vapor deposition (CVD) is widely used to coat the surface with a predetermined thickness in order to control the CMS's micropores. This CVD method can be used to control the size of pores in CMS manufacturing, but it must be optimized because of its various experimental variables. Therefore, in order to produce AC and CMS for gas adsorption and separation, this review focuses on various activation processes and pore control technologies by CVD and surface treatment.

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8석유계 잔사유 기반 음극재 제조 및 그 전기화학적 특성

저자 : 김대섭 ( Daesup Kim ) , 임채훈 ( Chaehun Lim ) , 김석진 ( Seokjin Kim ) , 이영석 ( Young-seak Lee )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 496-501 (6 pages)

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본 연구에서는 석유 정제 부산물인 석유계 잔사유를 이용하여 리튬이차전지용 음극재를 제조하였다. 석유계 잔사유 중 열분해 연료유(pyrolysis fuel oil, PFO), 유동접촉분해 데칸트 오일(fluidized catalyst cracking-decant oil, FCC-DO), 감압잔사유(vacuum residue, VR)를 탄소 전구체로 사용하였다. MALDI-TOF, 원소분석(EA)을 통하여 석유계 잔사유의 물리화학적 특징을 확인하였고, 잔사유로부터 제조된 음극재는 XRD, Raman 등의 분석을 통해 그 구조적 특징을 평가하였다. VR은 PFO 및 FCC-DO에 비하여 광범위한 분자량 분포와 많은 양의 불순물을 함유하는 것을 확인할 수 있었고, PFO와 FCC-DO는 거의 유사한 물리화학적 특징을 나타내었다. XRD 분석결과로부터 탄화된 PFO와 FCC-DO는 유사한 d002값을 나타내었다. 그러나 Lc 및 La값에서는 FCC-DO가 PFO보다 더 발달된 층상구조를 갖는 것으로 확인되었다. 또한, 전기화학적 특성 평가에서는 FCC-DO가 가장 우수한 사이클 특성을 나타내었다. 이러한 석유계 잔사유의 물리화학적, 전기화학적 결과로 미루어 보아 FCC-DO가 PFO와 VR보다 더 우수한 리튬이차전지용 탄소 전구체인 것으로 사료된다.


In this study, an anode material for lithium secondary batteries was manufactured using petroleum-based residual oil, which is a petroleum refining by-product. Among petroleum-based residual oils, pyrolysis fuel oil (PFO), fluidized catalyst cracking-decant oil (FCC-DO), and vacuum residue (VR) were used as carbon precursors. The physicochemical characteristics of petroleum-based residual oil were confirmed through Matrix-assisted laser desorption/ionization Time-of-Flight (MALDI-TOF) and elemental analysis (EA), and the structural characteristics of anode materials manufactured from residual oil were evaluated using X-ray crystallography (XRD) and Raman spectroscopic techniques. VR was found to contain a wide range of molecular weight distributions and large amounts of impurities compared to PFO and FCC-DO, and PFO and FCC-DO exhibited almost similar physicochemical characteristics. From the XRD analysis results, carbonized PFO and FCC-DO showed similar d002 values. However, it was confirmed that FCC-DO had a more developed layered structure than PFO in Lc (Length of a and c axes in the crystal system) and La values. In addition, FCC-DO showed the best cycle characteristics in electrochemical characteristics evaluation. According to the physicochemical and electrochemical results of the petroleum-based residual oil, FCC-DO is a better carbon precursor for a lithium secondary battery than PFO and VR.

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9Advancement of Clay and Clay-based Materials in the Remediation of Aquatic Environments Contaminated with Heavy Metal Toxic Ions and Micro-pollutants

저자 : Lalhmunsiama , Ralte Malsawmdawngzela , Chhakchhuak Vanlalhmingmawia , Diwakar Tiwari , Yiyong Yoon

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 502-522 (21 pages)

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Clay minerals are natural materials that show widespread applications in various branches of science, including environmental sciences, in particular the remediation of water contaminated with various water pollutants. Modified clays and minerals have attracted the attention of researchers in the recent past since the modified materials are seemingly more useful and efficient for removing emerging water contaminants. Therefore, modified engineered materials having multi-functionalities have received greater interest from researchers. The advanced clay-based materials are highly effective in the remediation of water contaminated with organic and inorganic contaminants, and these materials show enhanced selectivity towards the specific pollutants. The review inherently discusses various methods employed in the modification of clays and addresses the challenges in synthesizing the advanced engineered materials precursor to natural clay minerals. The changes in physical and chemical properties, as investigated by various characterization techniques before and after the modifications, are broadly explained. Further, the implications of these materials for the decontamination of waterbodies as contaminated with potential water pollutants are extensively discussed. Additionally, the insights involved in the removal of organic and inorganic pollutants are discussed in the review. Furthermore, the future perspectives and specific challenges in the scaling up of the treatment methods in technology development are included in this communication.

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10Influence of Urea Precursor on the Electrochemical Properties of Ni-Co-based Metal Organic Framework Electrodes for Supercapacitors

저자 : Ye Seul Jung , Yongju Jung , Seok Kim

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 5호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 523-531 (9 pages)

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A NiCo-metal organic framework (MOF) electrode, prepared using urea as a surfactant, was synthesized using a one-pot hydrothermal method. The addition of urea to the NiCo-MOF creates interstitial voids and an ultra-thin nanostructure in the NiCo-MOF, which improves its charge transfer performance. We obtained the optimal metal to surfactant ratio to achieve the best specific capacitance. The NiCo-MOF was employed as the working electrode material in a three-electrode system. Field emission scanning electron microscopy, X-ray diffraction, and Fourier-transform infrared spectroscopy were employed to characterize the microstructures and morphologies of the composites. Cyclic voltammetry, galvanostatic charge-discharge, and electrochemical impedance spectroscopy curves were employed to quantify the electrochemical properties of the electrodes in a 6 M KOH electrolyte.

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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.

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2리튬이온 전지용 분리막의 표면 개질 기술 및 연구 동향

저자 : 하성민 ( Seongmin Ha ) , 김대섭 ( Daesup Kim ) , 곽철환 ( Cheol Hwan Kwak ) , 이영석 ( Young-Seak Lee )

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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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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