• 자원환경지질
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• 제50권4호
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• pp.303-311
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• 2017

본 연구에서는 국내 $CO_2$ 지중저장 후보지인 장기분지에서 덮개암층으로 대표되는 이암과 응회암 코아에 대하여, 초임계이산화탄소(supercritical $CO_2$; $scCO_2$) 초기 주입압력을 측정하고 90일 동안 지화학 반응 실험 결과에 근거하여 두 암석의 $scCO_2$ 차폐능(sealing capacity)을 평가하였다. 장기분지 $CO_2$ 주입 예정부지 주변에서 수행한 대심도시추코아 중 깊이 800 m 이상 되는 이암과 응회암 코아를 대상으로 $scCO_2$ 초기 주입압력을 측정하였다. 스테인레스 강철로 제작한 고압셀(100 mL 용량)을 이용하여 지중저장 조건(100 bar, $50^{\circ}C$)에서 $scCO_2$-지하수-암석 반응을 실시하여 반응 전/후 광물 변화를 관찰하여 덮개암의 지화학적 안정성을 평가하였다. 덮개암에 대한 초기 $scCO_2$ 주입압력을 측정하기 위하여 원통형 스테인레스강철 고압셀 내부에 암석 코아를 고정시키고, 코아 상부와 하부의 압력 차이(100 - 300 bar)를 이용하여 증류수로 포화시킨 후, 고압셀 외부에 부착된 압력계를 이용하여 코아 내에 포화된 공극수압을 100 bar로 유지시켰다. 지중저장 현장에서 덮개암 내부로 $scCO_2$가 이동하는 경계조건을 모사하기 위하여 고압셀 출구를 $scCO_2$와 증류수로 채워진 대형 고압탱크(5 L 용량; 100 bar, $50^{\circ}C$ 유지)에 연결시켜, 고압셀에 고정된 암석 코아 공극 내로 침투하는 경우 지중저장 조건 하에서 일정량의 $scCO_2$가 코아를 통과할 수 있도록 하였다. 셀 입구에서는 코아의 공극수압인 100 bar보다 높게 유지시켜 $scCO_2$를 주입하되, 주입이 지속적으로 진행되기 시작하는 최소 주입압력($100bar+{\Delta}p$)을 암석에 대한 주입압력으로 측정하였다. 90일 반응 후 응회암과 이암의 큰 광물학적 변화는 없는 것으로 나타나 두 암석 모두 $scCO_2$ 주입 시 지화학적으로 안정한 것으로 나타났다. 응회암의 경우 공극수압과 $scCO_2$ 주입압력 차이(${\Delta}p$)가 15 bar에서 $scCO_2$의 내부 침투가 시작되어 20 bar 이후부터는 지속적인 $scCO_2$ 주입이 이루어졌다. 이암의 경우에는 ${\Delta}p$를 150 bar까지 증가시켜도 $scCO_2$가 주입되지 않아 응회암보다 $scCO_2$ 차폐효과가 약 10 배 높은 것으로 나타나, 장기분지에 $CO_2$ 주입 시 응회암보다는 이암층이 덮개암 역할을 할 것으로 판단되었다.

• 청정기술
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• 제23권4호
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• pp.357-363
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• 2017

본 연구에서는 초임계 이산화탄소/n-butyl acetate ($scCO_2$/n-BA) 공용매를 사용하여 네거티브형 포토레지스트(PR)를 제거하는 실험을 진행하였다. $scCO_2$와 n-BA의 용해도 평가를 통해 n-BA가 $scCO_2$와 균일하게 섞이는 조건을 실험적으로 측정하였다. 다양한 실험 변수를 조정하여 포토레지스트 제거 실험을 진행하였고, 미노광 포토레지스트 제거에 대한 최적의 조건을 확립하였다. 또한, 노광된 PR과 미노광 PR의 제거율을 비교하여 $scCO_2$/n-BA 공용매의 선택적 제거 성능을 확인하였다. 노광된 PR은 $scCO_2$/n-BA 공용매 환경에서 매우 안정적으로 존재함을 관찰하였고, 미노광 PR은 160 bar, $40^{\circ}C$, 75 wt% n-BA 이상의 농도에서 완전히 제거됨을 확인하였다. $scCO_2$/n-BA 공용매 시스템은 노광 PR과 미노광 PR 사이의 높은 선택성을 제공할 수 있으며, 네거티브 PR의 리소그래피 공정에서 높은 신뢰성을 부여할 것으로 기대된다.

• 반도체디스플레이기술학회지
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• 제16권1호
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• pp.22-28
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• 2017

The result of stripping process for the removal of the post etch/ash Photoresist (PR) residue on an aluminum patterned wafer by using supercritical $CO_2$ ($sc-CO_2$) mixture, was investigated by scanning of electron microscope (SEM) inspection of wafer, measuring the cloud points and visual observation of the state of $sc-CO_2$ mixtures. It was found that $sc-CO_2$ mixtures were made by mixing additives and $sc-CO_2$ should form homogeneous and transparent phase (HTP) in order to effectively and uniformly remove the post etch/ash PR residue on the aluminum patterned wafer using them. The additives were formulated by mixing and co-solvents like an amine compound and fluorosurfactants used as HTP agents, and the PR residue on the wafer were able to be rapidly and effectively removed using the $sc-CO_2$ mixture of HTP. The five kinds of additives were formulated by the recipe of mixing co-solvents and surfactants, which were able to remove PR residue on the wafer by mixing with $sc-CO_2$ at the stripping temperature range from 40 to $80^{\circ}C$. The five kinds of $sc-CO_2$ mixtures which were named as PR removers were made, which were able to form HTP within the above described stripping temperature. The cloud points of $sc-CO_2$ mixtures were measured to find correlation between them and HTP.

• 자원환경지질
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• 제50권4호
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• pp.257-266
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• 2017

본 연구에서는 초임계 $CO_2$($scCO_2$)를 이용하여 폐콘크리트 순환골재와 반응한 용출수의 pH를 9.8 이하로 유지시켜(중성화) 재활용할 수 있는 기술을 개발하기 위한 실내 배치실험을 수행하였다. 실험재료로는 건설폐기물중간처리업체에서 제공받은 세 종류의 순환골재를 사용하였으며, 각 종류별로 골재 입자크기 별로 선별하여 총 7개의 시료를 사용하였다. 먼저 $scCO_2$-물-순환골재 반응에 의해 순환골재의 pH가 지속적으로 낮게 유지되는지를 확인하는 반응실험을 수행하였다. 스테인레스강철로 만들어진 고압셀(150 mL 용량)에 테플론 비이커를 고정시킨 후, 3차 증류수 70 mL와 순환골재 시료 35 g을 혼한한 후 고압용 오븐과 고압시린지 펌프 및 압력조절 장치를 이용하여 10 MPa(100 bar), $50^{\circ}C$ 조건에서 50일간 반응시켰다. 반응시간(1, 5, 10, 15, 30, 50일)에 따른 증류수의 pH, 용존 양이온과 음이온 농도를 측정하였다. $scCO_2$ 반응에 의한 순환골재의 지화학적 및 광물학적 변화를 확인하기 위하여 반응 전/후 XRD, SEM-EDS 등의 분석을 실시하였다. 마지막으로 $scCO_2$ 반응 후 순환골재의 용출수 pH 변화를 용출실험을 통하여 규명하였다. $scCO_2$-물-순환골재 반응 결과, 반응 전 순환골재의 pH는 평균 12보다 높은 값을 나타내었으나, $scCO_2$와 반응한 지 1시간 경과 후 증류수의 pH는 7이하로 낮아졌고 반응 50일 까지 pH가 8 이하로 안정되게 유지되었다. 순환골재 종류와 관계없이 $scCO_2$와의 용해 반응에 의해 수용액 내 $Ca^{2+}$, $Si^{4+}$, $Mg^{2+}$, $Na^+$ 이온들의 농도가 증가하였으며, $scCO_2$ 반응 후 골재의 XRD, SEM-EDS 분석 결과, 다량의 방해석과 일부 무정형의 규산염과 수산화물이 침전되었다. $scCO_2$로 처리하지 않은 순환골재의 용출수 pH는 용출 시간에 관계없이 12-13을 유지하였으나, $scCO_2$로 50일 처리한 경우와 1일 처리한 순환골재의 경우 모두, 입자크기와 관계없이 용출수의 pH가 9이하를 유지하여 건설현장에서 순환골재의 재활용이 가능할 것으로 판단되었다.

• 자원환경지질
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• 제49권6호
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• pp.469-477
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• 2016

국내 이산화탄소 지중저장 저장암의 저장성능을 평가하기 위하여, 이산화탄소 주입 시 저장암 내 공극수와 대체되는 초임계이산화탄소($scCO_2$)량을 실험실에서 측정하는 기술을 개발하였다. 국내 $CO_2$ 육상 지중저장 후보지로 판단되는 장기분지 사암과 역암에 대하여, 지중 저장 조건에서 $scCO_2$를 저장암 내부로 주입하는 경우, 공극 내 존재하는 지하수를 대체하여 저장되는 $scCO_2$ 대체저장효율(displacement efficiency)을 측정하였다. 국내 육상 지중저장 후보지인 장기분지 주변 대심도 시추공에서 채취한 사암과 역암 코어를 훼손하지 않고 그대로 사용하여 대체저장효율을 측정할 수 있는 '이중벽 고압셀'을 제작하였다. 시추한 암석 코아를 원형 그대로 고압셀 내부에 밀착시켜 $scCO_2$를 암석 공극 내 충분히 주입 한 후, 공극에 포화되어 있던 지하수와 대체된 $scCO_2$ 대체저장효율을 측정한 결과, 장기분지 역암과 사암의 평균 $scCO_2$ 대체저장효율은 각각 31.2%와 14.4%이었다. 장기분지 역암과 사암의 $scCO_2$ 저장량을 계산하기 위하여 대심도 시추 자료, 시추 부지 주변 지질조사 및 물리탐사 자료로부터 주입 후보지 하부에 존재하는 장기분지 역암과 사암층의 평균 두께를 각각 50 m, 두 지층의 연장 면적을 주입공 주변으로 반경 250 m로 가정하였다. 실험으로부터 얻어진 $scCO_2$ 대체저장효율, 평균 유효 공극률, 지중저장 조건에서 $scCO_2$의 밀도값 등을 이용하여 계산된 시추공 주변 하부 장기분지 역암과 사암층의 $scCO_2$ 저장량은 264,592 t (metric ton)으로 계산되었다. 본 실험결과로부터 대심도 시추공 주변 장기분지의 역암과 사암층은 수 만톤 규모의 $CO_2$ 주입과 저장 실증 시험을 위해 충분한 저장성능을 보유하고 있는 국내 육상 $CO_2$ 지중저장 후보지임을 입증하였다.

• Korea-Australia Rheology Journal
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• 제20권4호
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• pp.235-243
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• 2008

The aim of this study is to explore the possibility of incorporating supercritical carbon dioxide ($scCO_2$) into twin screw extrusion process for the production of polypropylene-clay nanocomposite (PPCN). The $CO_2$ is used as a reversible plasticizer which is expected to rapidly transport polymeric chains into the galleries of clay layers in its supercritical condition inside the extruder barrel and to expand the gallery spacings in its sub-critical state upon emerging from die. The structure and properties of the resulting PPCNs are characterized using wide-angle X-ray diffraction (WAXD), transmission electron microscopy (TEM), rheometry, thermogravimetry and mechanical testing. In the processing of the PPCNs with $scCO_2$, optimum $scCO_2$ concentration and screw speed which maximized the degree of intercalation of clay layers were observed. The WAXD result reveals that the PP/PP-g-MA/clay system treated with $scCO_2$ has more exfoliated structure than that without $scCO_2$ treatment, which is supported by TEM result. $scCO_2$ processing enhanced the thermal stability of PPCN hybrids. From the measurement of linear viscoelastic property, a solid-like behavior at low frequency was observed for the PPCNs with high concentration of PP-g-MA. The use of $scCO_2$ generally increased Young's modulus and tensile strength of PPCN hybrids.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제53권2호
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• pp.205-210
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• 2015

본 연구에서는 미세조류인 Nannochloropsis sp.로부터 바이오디젤 생산용 지질을 얻기 위하여 유기용매 및 초임계 이산화탄소(SC-$CO_2$)를 이용하여 추출을 수행하였다. SC-$CO_2$ 추출법으로 얻은 지질의 지방산메틸에스테르 함량은 58.31%로 높았으며, Bligh-Dyer 추출법은 18.0 wt.%의 가장 높은 조지방 수율을 나타내었다. SC-$CO_2$ 추출법에 극성을 높이기 위해 공용매로서 methanol을 사용한 결과, 조지방 수율 12.5 wt.%, 지방산메틸에스테르 함량 56.32%, 지방산메틸에스테르 수율 7.04 wt.%였으며, SC-$CO_2$ 만을 이용하는 추출 방법에 비하여 추출 시간을 2시간에서 30분으로 단축시킬 수 있었다. 따라서 미세조류에서 지질을 추출하는데 기존의 유기용매 추출법과 비교하여 SC-$CO_2$ 추출법이 친환경적이며, 효율적인 방법임을 확인하였다.

• 한국건축시공학회지
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• 제18권5호
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• pp.403-412
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• 2018

최근 순환골재의 활용에 관한 필요성이 증대되고 있으나, 순환골재의 강알칼리성으로 인해 다양한 문제들이 발생되고 있다. 순환골재의 강알칼리성은 대부분 골재 표면에 완전히 제거되지 못한 시멘트 페이스트에 의해 발현되는 것으로써 이를 해결하기 위해 이산화탄소를 활용하여 순환골재의 pH를 저감하기 위해 노력이 지속되어왔다. 그러나 기존의 이산화탄소를 이용한 처리 방법에 의해 중성화 처리된 순환골재는 시간이 지남에 따라 pH가 다시 회복된다는 문제점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 반응성이 뛰어난 초임계이산화탄소의 활용을 제안하며, 이를 위해 초임계상의 이산화탄소와 수화된 시멘트 페이스트간의 반응 메커니즘을 분석하였다. 그 결과 입자 형태 및 $scCO_2$ 주입량에 따라 중성화 반응정도가 현저하게 달라지는 것으로 나타났다. 특히 powder 형태 시험체에서 $scCO_2$ 주입량이 많은 고온 고압 상태에서 중성화 반응은 활발하게 이루어졌다. 이때 시멘트의 높은 pH를 주도하는 portlandite가 대부분 calcite와 aragonite의 형태로 변환되었으며, ettringite, hemicarbonate 및 monocarbonate와 같은 calcium aluminate 수화물 또한 안정적으로 존재하지 못하고 분해된 것으로 나타났다. 반면, 10mm 크기의 수화된 시멘트 페이스트는 $scCO_2$가 시험체 내부깊이 침투하지 못하고 표면에서만 반응하여, 반응 후에도 내부에 portlandite와 calcium aluminate 수화물이 잔존한다. 이로 인해 시간이 경과할수록 내부의 portlandite가 점차 용출되어 pH가 다시 상승하는 것으로 나타났다.

• 한국세라믹학회지
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• 제53권5호
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• pp.500-505
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• 2016

Scandia-stabilized zirconia co-doped with $CeO_2$ is a promising electrolyte for intermediate temperature SOFC, but still shows rapid degradation during a long-term operation. In this study, $CeO_2$ (1 mol%) as a stabilizer is partially substituted with lanthanum oxides ($M_2O_3$, M=Yb, Gd, Sm) to stabilize a cubic phase and thus durability in reducing atmosphere. 0.5M0.5Ce10ScSZ electrolytes were prepared by solid state reaction and sintered at $1450^{\circ}C$ for 10 h to produce dense ceramic specimens. With addition of the lanthanum oxide, 0.5M0.5Ce10ScSZ showed lower degradation rates than 1Ce10ScSZ. Since $Gd_2O_3$ showed the highest ionic conductivity among the co-dopants, an electrolyte-supported cell with 0.5Gd0.5Ce10ScSZ was prepared to compare its long-term performance with that of 1Ce10ScSZ-based cell. Maximum power density of 0.5Gd0.5Ce10ScSZ-based cell was degraded by about 2.3% after 250 h, which was much lower than 1Ce10ScSZ-based cell (4.2%).

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제29권7호
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• pp.1327-1331
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• 2008

Novel $CO_2$-soluble 8-hydroxyquinoline (8-HQ) chelating agents were synthesized and evaluated for solubility and metal ion extraction ability in supercritical $CO_2\;(Sc-CO_2)$. Among them, secondary amide-containing 8- HQ derivatives cannot be dispersed well into Sc-$CO_2$, but tertiary amide-containing derivatives can dissolve completely in Sc-$CO_2$ even at low CO2 pressures, perhaps owing to the predominant intermolecular interaction between the chelating agent and the $CO_2$ molecule. Based on 8-HQ chelating agent solubility data, we investigated the extraction of metal ions ($Co^{2+}$, $Cu^{2+}$, $Sr^{2+}$, $Cd^{2+}$, and $Zn^{2+}$) using two highly $CO_2$-soluble 8-HQ derivatives (4d, 4e) in Sc-$CO_2$. The extraction efficiency of tertiary amide-containing 8-HQ ligands, both fluorinated and non-fluorinated forms, was dramatically increased in the presence of diethyl amine (organic base). We suggest that diethyl amine could play an important synergistic role in the stronger metal binding ability of 8-HQ through an in situ deprotonation reaction in Sc-$CO_2$ medium.