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석유계 잔사유 기반 음극재 제조 및 그 전기화학적 특성

Fabrication and the Electrochemical Characteristics of Petroleum Residue-Based Anode Materials

김대섭 ( Daesup Kim ) , 임채훈 ( Chaehun Lim ) , 김석진 ( Seokjin Kim ) , 이영석 ( Young-seak Lee )
  • : 한국공업화학회
  • : 공업화학 33권5호
  • : 연속간행물
  • : 2022년 10월
  • : 496-501(6pages)
공업화학

DOI


목차

1. 서 론
2. 실 험
3. 결과 및 고찰
4. 결 론
감 사
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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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  • : 공학분야  > 화학공학
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33권6호(2022년 12월) 수록논문
최근 권호 논문
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1역삼투압 분리막 연구에서의 분자 전산모사 응용

저자 : 이태경 ( Tae Kyung Lee ) , 남상용 ( Sang Yong Nam )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 551-556 (6 pages)

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분리막을 활용한 수처리 공정을 통해 얻어진 담수된 물은 전 세계적인 물 부족 문제를 해결해 줄 수 있는 유망한 기술로 많은 주목을 받고 있다. 오늘날 담수화에 가장 널리 활용되고 있는 역삼투압 분리막 기반 공정은 지구상에 풍부한 바닷물을 담수화하는 기술이기 때문에 산업적으로도 그 잠재성이 매우 풍부하다. 이러한 담수 공정 성능을 향상시키기 위해서는 분리막의 역삼투압 메커니즘을 원자/분자 수준에서 이해할 필요가 있다. 본 총설에서는 오늘날 소재 연구에 있어 중요한 역할을 담당하고 있는 분자 전산모사에 대한 소개와 함께 역삼투압 분리막 연구 개발에 있어 원자/분자 수준에서의 전산모사 역할을 소개하고자 한다.


The desalinated water obtained by the water treatment process based on the membrane is attracting a lot of attention as a promising technology that can solve the global water shortage problem. Reverse osmosis membrane-based desalination, one of the most widely used desalination processes, is a technology that desalinates abundant seawater on Earth, thus having great potential in the desalination industry. To improve the performance of the desalination process, it is necessary to understand the reverse osmosis mechanism of the membrane at the atomic/molecular level. In this review, we introduce molecular simulation, which plays an important role in material research today, and the roles of computational simulation at the atomic/molecular level in the development of reverse osmosis membranes.

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2Study on the Effect of Cimicifuga heracleifolia Ethanol Extract on Hyaluronic Acid Synthesis

저자 : Hyun-kyu Son , Hun-yong Ha

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 557-562 (6 pages)

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Hyaluronic acid (HA) is a mucopolysaccharide, occurring naturally in living organisms. It is one of the most hydrophilic molecules, so it has been known as being related to skin hydration and skin aging. The purpose of this study was to examine the effects of Cimicifuga heracleifolia ethanol extract on the hyaluronic acid synthesis and the inhibition of hyaluronidase activity. To determine cytotoxicity, hyaluronic acid synthase 2 (HAS2) gene expression, HA production and, hyaluronidase inhibitory effects, 3-(4,5-dimethylthiazol-2-ly)-2,5-diphenyl tetrazolium bromide (MTT) assay, real time - polymerase chain reaction (RT-PCR), hyaluronic acid enzyme linked immunosorbent assay (HA-ELISA), and hyaluronidase assay were used, respectively. When the Cimicifuga heracleifolia extract was treated in the HaCaT cells up to 500 μg/mL concentration, cytotoxicity was confirmed by the Cimicifuga heracleifolia extract at concentrations above 200 μg/mL. Therefore, the optimum concentration of all experiments used in this study was determined to be 200 μg/mL. HAS2 gene expression increased by Cimicifuga heracleifolia extract in a concentration-dependent manner at all treatment concentrations. The production rate of HA was tended to decrease at the highest concentration of 200 μg/mL. The hyaluronidase activity inhibition effect of Cimicifuga heracleifolia extract was very high compared to the control group. Based on these results, Cimicifuga heracleifolia extract was expected to have a moisturizing effect on human skin and special attention should be paid to the determination of the concentration of Cimicifuga heracleifolia when developing cosmetic materials using it.

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3Water Quality Assessment and Turbidity Prediction Using Multivariate Statistical Techniques: A Case Study of the Cheurfa Dam in Northwestern Algeria

저자 : Amina Addouche , Ali Righi , Mehdi Mohamed Hamri , Zohra Bengharez , Zahia Zizi

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 563-573 (11 pages)

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This work aimed to develop a new equation for turbidity (Turb) simulation and prediction using statistical methods based on principal component analysis (PCA) and multiple linear regression (MLR). For this purpose, water samples were collected monthly over a five year period from Cheurfa dam, an important reservoir in Northwestern Algeria, and analyzed for 12 parameters, including temperature (T°), pH, electrical conductivity (EC), turbidity (Turb), dissolved oxygen (DO), ammonium (NH4 +), nitrate (NO3 -), nitrite (NO2 -), phosphate (PO4 3-), total suspended solids (TSS), biochemical oxygen demand (BOD5) and chemical oxygen demand (COD). The results revealed a strong mineralization of the water and low dissolved oxygen (DO) content during the summer period. High levels of TSS and Turb were recorded during rainy periods. In addition, water was charged with phosphate (PO4 3-) in the whole period of study. The PCA results revealed ten factors, three of which were significant (eigenvalues >1) and explained 75.5% of the total variance. The F1 and F2 factors explained 36.5% and 26.7% of the total variance, respectively and indicated anthropogenic pollution of domestic agricultural and industrial origin. The MLR turbidity simulation model exhibited a high coefficient of determination (R2 = 92.20%), indicating that 92.20% of the data variability can be explained by the model. TSS, DO, EC, NO3 -, NO2 -, and COD were the most significant contributing parameters (p values << 0.05) in turbidity prediction. The present study can help with decision-making on the management and monitoring of the water quality of the dam, which is the primary source of drinking water in this region.

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4Dendrite 형상 구리 입자의 무전해 은 도금에 의한 열적 안정성 향상에 관한 연구

저자 : 황인성 ( In-seong Hwang ) , 남광현 ( Kwang Hyun Nam ) , 정대원 ( Dae-won Chung )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 574-580 (7 pages)

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Dendrite 형태의 구리 입자 표면을 은으로 무전해 도금을 하는 과정에서, 치환도금(displacement plating)과 화학 환원도금(reducing electroless plating)을 병용하여 다양한 silver-coated copper (Ag@Cu) 입자들을 제조하였다. Ag@Cu 입자들의 물리화학적 특성은 SEM-EDS, TGA, XPS, XRD 및 BET 등으로 분석하였으며, 환원반응에 의하여 코팅되는 은은 구리 입자 표면에 나노 입자 형태로 형성되는 것을 확인할 수 있었다. Ag@Cu 입자들을 에폭시 수지와 복합화하여 도전성 필름을 제조하고 그의 열적 안정성을 평가하였다. 치환 반응과 환원 반응의 차이가 Ag@Cu 필름의 초기 저항 및 열적 안정성에 미치는 영향에 관하여 연구하였다.


While in the process of electroless plating of dendrite-shape copper with silver, various silver-coated copper (Ag@Cu) particles were prepared by using both displacement plating and reducing electroless plating. The physicochemical properties of Ag@Cu particles were analyzed by scanning electron microscope- energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS), thermogravimetric analysis (TGA), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), X-ray diffraction (XRD) and Brunauer-Emmett-Teller analysis (BET), and it was confirmed that the silver coated by the reducing electroless plating was formed as nano-particles on the copper surface. Ag@Cu particles were compounded with an epoxy resin to prepare a conductive film, and its thermal stability was evaluated. We investigated the effect of the difference between the displacement plating and reducing electroless plating on the initial resistance and thermal stability of conductive films.

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5셰이빙 스크랩으로부터 콜라겐 펩타이드계 공중합체 합성과 특성

저자 : 박민석 ( Min Seok Park ) , 신수범 ( Soo Beom Shin ) , 김호수 ( Ho Soo Kim ) , 김민수 ( Min Soo Kim ) , 김하선 ( Ha Sun Kim ) , 장재혁 ( Jae Hyeok Jang ) , 이진규 ( Jin Kye Lee ) , 이동국 ( Dong Kuk Lee )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 581-587 (7 pages)

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피혁 산업은 매년 여러 유형의 유해한 피혁 폐기물을 발생시킨다. 그중에서, 셰이빙 스크랩은 크롬이 함유되어 있어 재활용하기 어렵다. 최근에 셰이빙 스크랩을 이용한 흡착제, 충전제 및 가금류 사료와 같은 다양한 부가가치 제품 생산에 활용될 수 있는 많은 연구 결과들이 발표되었다. 본 연구에서는 셰이빙 스크랩으로부터 콜라겐 펩타이드를 추출하고, 이들의 물성을 개선하여 새로운 소재로 사용될 수 있는 방법을 연구하였다. 먼저, 수산화나트륨을 이용하여 셰이빙 스크랩에 포함된 크롬을 제거하였다. 그리고 가수분해물을 제조하여 농축 및 저온 결정화를 통해 정제하였다. 정제된 콜라겐 펩타이드 농축물을 스프레이 드라이어를 이용하여 분말로 제조하였다. 추출 및 정제된 콜라겐 펩타이드와 methacrylic anhyride (MAA)를 반응시켜 이중결합을 도입하였으며, 1H 핵자기공명분광법으로 확인하였다. 다음으로, 개질화 콜라겐 펩타이드에 2-ethylhexyl acrylate (2-EHA)와 레독스 중합하여 공중합체를 만들었으며, 적외선 분광분석으로 그라프트 여부를 정성적으로 확인하였다. 결론적으로, 본 연구를 통하여 피혁 폐기물인 셰이빙 스크랩으로부터 콜라겐 펩타이드를 추출한 후 일정한 처리를 통하여 새로운 친환경 재료로 전환할 수 있음을 확인하였다.


The leather industry generates a large amount of hazardous leather waste of various types every year. Among them, shaving scrap is difficult to recycle because it contains chromium ions. Many studies in recent years have shown that shaving scraps can be processed into various types of valuable products, such as adsorbent, filler, and poultry feed. In this study, collagen peptides were extracted from shaving scraps and structurally modified to be developed as new materials with improved physicochemical properties. First, the chromium ions contained in the shaving scraps were removed using a sodium hydroxide solution, and purified through concentration and low-temperature crystallization. The purified collagen peptide was used to prepare the powder using a spray dryer. The extracted collagen peptides were structurally modified by introducing double bonds by reacting with methacrylic anhydride (MAA), and the product was confirmed by 1H NMR spectroscopy. Next, a copolymer was prepared by redox polymerization of the modified collagen peptide (MCP) and 2-ethylhexyl acrylate (2-EHA). The structure of the copolymer was qualitatively confirmed by FT-IR. In conclusion, this study confirmed that collagen peptides can be extracted from shaving scrap and converted into new eco-friendly materials through certain treatments.

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6MgO입자 표면에 도핑된 P2O5가 가수분해, 발수성, 그리고 절연거동에 미치는 영향

저자 : 최진삼 ( Jin Sam Choi )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 588-593 (6 pages)

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MgO 입자 표면에 첨가된 P2O5의 가수분해, 발수성, 그리고 절연 거동에 미치는 영향을 조사하였다. MgO 표면에 첨가된 P2O5는 가수분해반응 억제와 발수성을 동시에 나타내기 때문에 독특한 절연거동을 나타내었다. 따라서 절연거동은 MgO의 표면수화반응에 의한 Mg(OH)2와 OH-전하 전달비와 친수성에 반비례하였다. 시효에 따른 MgO의 절연성은 표면수화반응, 첨가된 도펀트 종의 밴드갭, 그리고 도펀트의 친수성과 소수성에 강한 영향성과 의존성을 나타내었다. 마지막으로 친수성인 MgO의 표면수화반응을 억제하는 전기절연성을 발현하여 열전달매체 응용분야에서 큰 잠재력을 제공하는 것으로 나타났다.


The effects of P2O5-doped on the surface of MgO particles on hydrolysis, water repellency, and insulation behavior were investigated. P2O5-doped MgO has exhibited a unique electrical property, which is significant insulation behavior due to both the suppression of the hydrolysis reaction by P2O5 and water repellency. Therefore, the insulation behavior was inversely proportional to the hydrophilicity and the Mg(OH)2 and OH-charge transfer ratio by the surface hydration reaction of MgO. The insulation of MgO according to aging was strongly influenced by the surface hydration reaction, the band gap of the added dopant species, and the hydrophilicity and hydrophobicity of the dopant. Finally, it was to show electrical insulation by inhibiting the surface hydration reaction of the hydrophilic MgO, which has a great potential for use in heat transfer medium applications.

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7NH3-SCO 반응에서 Vanadium 담지함량이 Pt/V/TiO2 촉매에 미치는 영향

저자 : 김민수 ( Min Su Kim ) , 김기왕 ( Ki Wang Kim ) , 홍성창 ( Sung Chang Hong )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 594-599 (6 pages)

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본 연구에서는 Pt/V/TiO2 촉매 제조 시, V 담지 함량에 따른 NH3-SCO (selective catalytic oxidation) 반응 활성을 비교하였다. NH3 전환율 및 N2 선택성을 모두 고려하였을 때, V이 2 wt% 담지된 촉매에서 가장 우수한 성능을 나타내었다. 이에 따라 물리/화학적 특성과 반응활성과의 상관관계를 확인하였을 때, 격자산소종의 증가 및 (V3+ + V4+) 비율의 증가가 활성인자임을 확인하였다. 또한 가장 우수한 촉매를 이용하여 SO2 내구성 실험을 진행하였을 때, 고농도의 SO2가 주입되더라도 영향이 미미함을 확인하였다.


In the study, NH3-SCO (selective catalytic oxidation) reaction activity accodrding to vanadium loading amount were compared when preparing Pt/V/TiO2. Considering both NH3 conversion rate and N2 selectivity, V 2 wt% loading of the catalyst showed the best activity. When the correlation between physical/chemical characteristics and reaction activity was confirmed, it was confirmed that the increase in lattice oxygen and (V3+ + V4+) ratios were active factor. In addition, when the SO2 durability experiment was conducted using the best catalyst, it was confirmed that the influence was insignificant even if the high concentration of SO2 was injected.

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8그래핀 기반 광촉매 담지 세라믹필터에서 질소산화물(NOx)의 제거

저자 : 김용석 ( Yong-seok Kim ) , 김영호 ( Young-ho Kim )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 600-605 (6 pages)

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V2O5-WO3-TiO2 촉매를 담지하여 그래핀(graphene) 기반 세라믹필터를 제조하였으며, 이를 활용하여 질소산화물(NOx)의 제거실험을 수행하였다. 산화그래핀(graphene oxide, GO)은 흑연(graphite)을 이용하여 Hummer`s method에 의해 제조하였고 환원제로 히드라진(N2H4)을 통해 환원 산화그래핀(reduced graphene oxide, rGO)을 제조하였다. 제조된 그래핀을 세라믹필터 표면에 유-무기 하이브리드 원리를 이용하여 코팅하였으며, 여기에 광촉매물질을 담지하였다. 광촉매물질은 바나듐(V), 텅스텐(W), 티타늄(Ti)를 사용하여 sol-gel법에 의해 코팅 후 350 °C 소성 공정을 통하여 광촉매담지 세라믹필터를 제조하였다. UV광을 제조된 필터에 조사하여 NOx의 제거 실험을 수행하였으며, NOx의 제거 효율은 기존의 세라믹필터보다 GO 및 rGO가 코팅된 경우가 우수하였다. 이는 코팅된 그래핀에 의한 흡착성의 향상 때문으로 판단되며, 그래핀의 농도가 증가함에 따라 보다 높은 NOx의 제거효율을 확인하였다.


In this study, nitrogen oxide (NOx) removal experiments were performed using a graphene based ceramic filter coated with a V2O5-WO3-TiO2 catalyst. Graphene oxide (GO) was prepared by Hummer's method using graphite, and the reduced graphene oxide was produced by reducing with hydrazine (N2H4). Vanadium (V), Tungsten (W), and Titanium (Ti) were coated by the sol-gel method, and then a metal oxide-supported filter was prepared through a calcination process at 350 °C. A NOx removal efficiency test was performed for the catalytic ceramic filters with UV light in a humid condition. When graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (rGO) were present on the filter, the NOx removal efficiency was superior to that of the conventional ceramic filter. Most likely, this is due to an improvement in the adsorption properties of NOx molecules on graphene coated surfaces. As the concentration of graphene increased, higher NOx removal efficiency was confirmed.

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9마이크로 버블 부상 공정에 의한 염료폐수의 색도 제거

저자 : 김명주 ( Myeng-joo Kim ) , 한신호 ( Sien-ho Han )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 606-612 (7 pages)

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수용액에서 수용성 염료를 소수성 염료로 전환시킨 후 마이크로 버블을 이용한 침전 및 부상응집에 의한 염료를 제거하는 연구를 수행하였다. 양이온성 염료에 음이온 collector를 반응시키며, 또한 음이온성 염료에 양이온 collector를 첨가하여 소수성으로 변환시켰다. 소수성으로 전환된 염료 용액을 회분식 반응기에 저장하여 마이크로 버블을 분사시켜 색을 제거하였다. 염료 용액을 제조하기 위해 Basic Yellow 1 및 Direct Orange 10을 사용하였으며, sodium dodecyl sulfate, oleic acid sodium salt 및 amine류와 같은 음이온 및 양이온 collector를 사용하면 색 제거에 효과적이었으며, 모든 색은 8분 이내에 제거되었다. 색 제거는 collector의 첨가량과 수용액 pH의 영향을 받으며, 염료농도에 비해 극히 소량의 계면활성제를 첨가하였을 경우에는 pH에 의존하였으나, 염료농도와 비슷한 collector 양을 첨가하였을 경우에는 pH에 의존하지 않았음을 알 수 있었다. 그 이유는 collector와 염료가 1:1M로 반응하여 소수성이 완전히 부여되어야 제거됨을 알 수 있었다.


The purpose of this study is to convert hydrophobic dyestuff to hydrophilic dyestuff by reacting cationic collector with anionic dyestuff and reaction anionic collector with cationic dyestuff. The removal of colors from aqueous solutions and/or dispersions has been studied by dispersed-air flotation in a batch column. In this studies used generated micro bubble by ceramic gas diffuser having micro pore size for air flotation process. In this study, a ceramic gas diffuser with micro pore size was used to generate micro bubbles for the air flotation process. Two colours were used for the experiments: Basic Yellow 1 (cationic dyestuff) and Direct Orange 10 (anionic dyestuff). All two were effectively removed by flotation within 8 mins. Sodium dodecyl sulfate, sodium oleate (an anionic collector), and amines (a cationic collector) were found to be effective as collectors in the removal of color, which was found to be related to the pH of the solution and the amount of collector added to it, with high collector dosages causing the process to become pH-independent.

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10Roll-to-roll 공정으로 제조한 나노섬유가 코팅된 대면적 PTFE 필터 특성

저자 : 안승환 ( Seunghwan Ahn ) , 이우진 ( Woo Jin Lee ) , 김연상 ( Yeonsang Kim ) , 심의진 ( Euijin Shim ) , 엄현진 ( Hyeonjin Eom )

발행기관 : 한국공업화학회 간행물 : 공업화학 33권 6호 발행 연도 : 2022 페이지 : pp. 613-617 (5 pages)

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미세먼지 다량배출사업장의 미세먼지를 제거하는 백하우스의 백필터 여과체를 제작하기 위한 대면적 PTFE 나노섬유 제조 장치를 설계하여 제작하였다. 상용 PTFE 폼 필터의 미세먼지 여과효율을 높이기 위해 전기방사 공정과 열처리 공정을 이용하여 PTFE 나노섬유를 코팅하였다. PTFE 나노섬유를 대면적의 PTFE 폼 필터 표면에 연속적으로 코팅하기 위하여 roll-to-roll 공정용 장비와 제조 공정을 제안하였다. PTFE 나노섬유를 연속적으로 제작하기 위해 전기방사부와 열처리부를 roll-to-roll 공정에 맞게 장비를 최적화하여 설계하고 제작하였다. 본 장비를 이용하여 대면적 필터 여과체를 제조하고, 제조된 여과체의 표면 형태, 조성, 필터 특성을 확인하였다. 롤 형태의 대면적 여과체 전반에 걸쳐 PTFE 나노섬유가 균일하게 코팅되었고, 본 여과체는 280 °C에서도 280 °C에서도 PM2.5 기준 91.79%의 높은 집진효율과 1 m/min 기준 62 Pa의 우수한 압력 손실 특성을 보였다.


The equipment for fabricating the large-area PTFE nanofiber coated-PTFE foam filter for use as filtration parts of the baghouse that removes particulate matter (PM) in industrial sites was designed and manufactured in this study. The PTFE nanofiber was coated on a commercial PTFE foam filter to increase its PM collection efficiency. The equipment and fabrication processes using a roll-to-roll system were proposed to continuously coat PTFE nanofibers on the surface of the PTFE foam filter. The electrospinning and annealing parts were designed and made by optimizing the equipment for the roll-to-roll system. The surface morphology, composition, and filtration characteristics of the large-area filter fabricated by this equipment were confirmed. PTFE nanofibers were uniformly coated on the large-area filter, and the PTFE nanofiber coated-PTFE foam filter showed PM2.5 collection efficiency of 91.79% and an appropriate pressure drop of 62 Pa with a face velocity of 1 m/min at 280 °C.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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.

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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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