• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.22 no.5
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• pp.1-6
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• 2021

Mercury, once released, is not destroyed but accumulates and circulates in the natural environment, causing serious harm to ecosystems and human health. In the United States, sulfur-impregnated activated carbon is being considered for the removal of vapor mercury from the flue gas of coal-fired power plants, which accounts for about 32 % of the anthropogenic emissions of mercury. In this study, a high-efficiency porous mercury adsorption material was developed to reduce the mercury vapor in the exhaust gas of coal combustion facilities, and the mercury adsorption characteristics of the material were investigated. As a result of the investigation of the vapor mercury adsorption capacity at 30℃, the silica nanotube MCM-41 was only about 35 % compared to the activated carbon Darco FGD commercially used for mercury adsorption, but it increased to 133 % when impregnated with 1.5 % sulfur. In addition, the furnace fly ash recovered from the waste copper regeneration process showed an efficiency of 523 %. Furthermore, the adsorption capacity was investigated at temperatures of 30 ℃, 80 ℃, and 120 ℃, and the best adsorption performance was found to be 80 ℃. MCM-41 is a silica nanotube that can be reused many times due to its rigid structure and has additional advantages, including no possibility of fire due to the formation of hot spots, which is a concern when using activated carbon.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.18 no.6
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• pp.592-598
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• 2007

The adsorption capability of cobalt phthalocyanine derivatives was investigated by means of X-ray diffractometor (XRD), FT-IR spectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), and temperature programmed desorption (TPD). According to TPD results for ammonia, cobalt phthalocyanine derivatives showed two desorption peaks at low temperature ($100{\sim}150^{\circ}C$) and high temperature ($350{\sim}400^{\circ}C$) indicating that there were two kinds of acidities. Tetracarboxylic cobalt phthalocyanine (Co-TCPC) has a stronger desorption peak (chemical adsorption) at high temperature and a weaker desorption peak (physical adsorption) at low temperature than cobalt phthalocyanine (Co-PC). The specific surface areas of Co-TCPC and Co-PC were 37.5 and $18.4m^2/g$, respectively. The pore volumes of Co-TCPC and Co-PC were 0.17 and $0.10cm^3/g$, respectively. The adsorption capability of triethyl amine calculated by breakthrough curve at 120 ppm of equilibrium concentration was 24.3 mmol/g for Co-TCPC and 0.8 mmol/g for Co-PC. The removal efficiencies of dimethyl sulfide of Co-TCPC and Co-PC in batch experiment of 225 ppm of initial concentration were 92 and 18%, respectively. The removal efficiencies of trimethyl amine of Co-TCPC and Co-PC in batch experiment of 118 ppm of initial concentration were 100 and 17%, respectively.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.28 no.5
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• pp.539-546
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• 2017

In this study, an outstanding anion exchange chemical filter was prepared for acidic gas removal. Commercial anion exchange resin was attached to polyurethane (PU) foam by using different types of pressure sensitive adhesive (PSA). The water and chemical resistance and also adhesive elongation were investigated. Also, the behavior of HCl and HF adsorption was evaluated as functions of the initial concentration and flow rate. ATE-701, AT-4000C and HCA-1000 showed 900, 1,500% and 2,400% of the elongation, respectively. It was confirmed that the desorption ratio of HCA-1000 was less than 6% and had excellent durability in water and chemical resistance tests. The adsorption occurred faster as the concentration and flow rate of HCl and HF increased. But 100% adsorption equilibrium occurred after 110 minutes, regardless of the concentration and flow rate. In addition, SEM morphology showed that the adhesive was uniformly dispersed, while the porous structure of the ion exchange resin was maintained, and the chemical filter exhibited excellent durability for the adsorption/desorption process.

• Journal of Energy Engineering
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• v.11 no.2
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• pp.114-121
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• 2002

Alkali metal compounds existed in original coal or sorbents are exhausted as vapor or small particle at the outlet of combustor when operating PFBC power plant. These compounds can be removed with dust removal equipment, but total generation efficiency will be decreased because of lower operating temperature of dust removal equipment. Alkali metal contained in vapor phase is initially deposited onto turbine blade results in serious corrosion. The concentration of alkali vapor in the PFBC flue gas is 20∼40 ppm which is dependent on mineral characteristics and composition as well as operating condition of PFBC. However, the allowance limit of alkali metal vapor is assigned as less than 50 ppb for gas turbine when coal or oil is used as fuel. Therefore, alkali metal vapor in PFBC or IGCC process should be removed by solid sorbents to prevent corrosion of turbine blade and improve plant efficiency. In the present investigation, powder of Bauxite, Kaolinite and Limestone is used in the preparation of cylinder-type pellet which is inserted into the pressurized alkali removal reactor for the alkali absorption experiment. Experimental results showed that the alkali removal efficiency in the order of Bauxite, Kaolinite and Limestone. Alkali vapor removal efficiency is related with reaction temperature, porosity of pellet and alkali vapor concentration of flue gas.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2005.06a
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• pp.264-267
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• 2005

수소의 소규모 분산 생산 기술은 본격적 인 수소 인프라가 도입되기 전에 연료전지 자동차의 수소 충 전용이나 분산 발전형 연료전지의 수소 공급을 위해 필요하다. 생산 용량은 수소 기준으로 $10\~100 Nm^3/hr$ 정도로 현재로선 천연가스의 수증기 개질법이 가장 경제적인 공정으로 알려져 있다. 소규모 생산에 따른 열효율 저하를 줄이 기 위해 단위 공정들이 통합된 컴팩트 개질 시스템의 개발이 필요하다. 핵심 기술인 컴팩트 리포머의 국산화 기술 확보를 위하여 $20 Nm^3/hr$용량의 동심관형 리포머를 설계, 제작하였다. 내부구조는 제작의 단순화를 고려하여 중첩된 동심관이 배열되었고 압력 손실과 열웅력 발생을 억제하도록 유로를 배치하였다. 수증기개질 반응에 필요한 반응열은 리포머 본체에 부착된 버너를 이용하여 공급하였다. 성능 측정을 위한 부속 기기로 상온 흡착식 탈황기, 폐열 회수형 수증기 발생기, 반응물 예열을 위한 열교환기, 생성 가스 응축기를 설계 제작하여 전체 리포밍 시스템을 구성하였다. 반응 온도 $680\~720^{\circ}C$, 탄소 대 수중기 비(S/C ratio) $2.7\~3.2$ 조건에서 수증기 개질 반응을 수행하였다. 해당 반응 조건에서 메탄 전환율 $89\%$ 이상, 저위 발열량 기준 개질 열효율 $70\%$ 이상을 달성하였고 개질 생성가스 내 수소의 최대 유량은 $23.4Nm^3/h$였다. 개발된 리포밍 시스템은 고순도 수소 생산이 필요한 경우, 수소 수율 향상을 위한 고온 수성 가스 전화 반응기를 통합 가능하도록 열교환기 구성을 조정할 수 있으며 용융 탄산염 연료전지와 같이 고온형 연료전지의 경우 $550^{\circ}C$ 이상으로 개질 생성 가스를 공급하도록 구성할 수도 있다. 향후 리포머 본체의 개질 효율 향상 및 장치 소형화, 부속 기기의 최적화를 통한 전체 리포밍 시스템 개선, 스케일 업 설계를 위한 엔지니어링 설계 패키지 구성을 계획하고 있다.

• Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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• v.12 no.6
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• pp.2898-2903
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• 2011

Adsorption/desorption characteristics of low concentration methylethylketone(MEK) and toluene vapors in beds packed with activated carbon fibers(ACF) was investigated. Performance of ACF adsorption was characterized by the equilibrium capacity, time to reach equilibrium and desorption efficiency. Experiments were carried out to define the effect of operation variables, such as feed concentration, flow rate, moisture content and bed height. The breakthrough time was shorten with the increase of temperature, flow rate and feed concentration. In addition, an increase of packed height of adsorbents lengthen the breakthrough time. The ACF loaded with MEK and toluene was satisfactorily regenerated by programed heating. It is observed that MEK is more easily removed than toluene at below temperature of $150^{\circ}C$.

• Microbiology and Biotechnology Letters
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• v.32 no.3
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• pp.265-270
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• 2004

To select a promising technologies for removal of odorous gases emitted from a wastewater pump station, four methods such as activated carbon (A/C) adsorption, chemical absorption (acid and alkali scrubber), and two biofilters (polyurethane (PU) and worm cast) were investigated. The average odor removal efficiencies in the PU biofilter and A/C column was over 98%, but in a worm cast biofilter and chemical absorption were below 60-80%. The removal efficiency of PU biofilter was very stable (about 98-99%) in the range of retention times of 4-36s, and a maximum elimination capacity was $1.6${\times}$10^{ 7}$ $OUm^{-3}$$h^{-1}$ Deodorization costs for an activated carbon adsorption and a biofiltration method were investigated. With increasing odor intensity, the operating cost of the A/C column increased linearly, but the operating cost of the biofilteration increased slightly. The capital cost in a biofilter is about two times higher than that in an A/C column, but the operating cost is very lower than that of in A/C column. In conclusion, the biofiltration was evaluated one of the most promising technologies to control odor in a wastewater pump station.

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
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• 2016.05a
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• pp.520-520
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• 2016

석유 화학공장에서 발생하는 spent sulfidic caustic (SSC) 폐수는 액화석유가스(LPG)나 천연가스(NG)의 정제과정에서 발생되는 것으로 고농도의 sulfide와 cresylic, phenolic 그리고 mercaptan 등이 포함된 독성과 냄새를 유발하는 물질이다. 이러한 물질들은 LPG나 NG의 정제과정에서 높은 산도를 가진 휘발성 황화합 물질들을 제거하기 위해 사용된 NaOH가 $H_2S$와 반응하여 발생하는 것이다. 진한 갈색 또는 검은색을 띄는 SSC 폐수는 12 이상의 높은 pH를 가지고 있으며 5~12 wt%의 높은 염분도를 가지고 있다. 또한 강한 부식성과 독성을 가진 황화합물의 농도가 1~4 wt%이며, 방향족 탄화수소 물질 (i.e. methanethiol, benzene, tolune and phenol)들도 다량 함유되어 있다. 따라서 이러한 유해 물질들은 기존의 하수처리 공정으로 방류하기 전에 완벽하게 처리해야만 하수처리 공정의 오염 부하량을 줄일 수 있다. 습식산화공정은 SSC 폐수를 처리하기 위해 흔히 사용되고 있는 물리-화학적 처리 공정이지만 고비용, 고에너지가 필요하며, 고온 및 고압에서만 작동되어 안전상의 문제점을 갖고 있다. 또한 습식산화공정을 거친 폐수는 배출허용기준을 만족하기 위해 생물학적 2차 처리가 반드시 필요하다. 철-과산화수소를 이용하는 펜톤산화 공정, 그리고 sulfide를 sulfate로 전환시키는 생물학적 처리 공정은 황화합물의 완전한 무기물화가 힘들며, 현장 적용 시 기술적 경제적 부담이 크다. 이러한 단점을 극복하고, SSC 폐수를 효과적으로 처리하기 위해 본 연구는, 높은 흡착력과 광산화력을 가진 흡착광산화 반응 시스템(Adsorption Photocatalysis System, APS)을 개발하였다. APS는 SSC 폐수를 시스템 내부로 유입하여 수중의 오염물질을 흡착광산화제로 구성된 반응구조체가 흡착하고, 흡착된 오염물질을 UV에너지와 이산화티타늄 광촉매의 광화학반응에 의해 최종적으로 무해한 물질로 환원시키는 폐수처리시스템이다. APS의 반응구조체는 태양에너지 및 인공에너지원에 의해 활용 가능하며, 난분해성 유기화합물질을 물과 이산화탄소로 분해할 수 있는 친환경적이고 경제적인 소재로서 널리 쓰이고 있는 이산화티타늄 광촉매와 화력발전소의 높은 소성온도에 의해 연소된 후 발생되는 bottom ash를 이산화티타늄의 지지체로 사용하여 높은 흡착력과 광촉매 산화력을 가진 복합물이다. 개발된 APS에 의해 SSC 폐수를 처리한 결과, COD 86.1%, 탁도 98.4%, sulfide 99.9%의 높은 처리효율을 보여주고 있다. 따라서 본 연구를 통해 개발된 APS는 강한 부식성과 독성 그리고 높은 농도를 가지고 있는 SSC 폐수를 효과적으로 처리할 수 있다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.224.2-224.2
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• 2010

연료개질기는 연료전지 시스템의 핵심 구성요소 중의 하나로 도시가스로부터 수소를 생산하는 역할을 담당한다. 연료개질기는 주로 탈황, 수증기 개질, 수성가스 전이, 선택적 산화 반응의 4단계로 구성되어 있으며 이 중 상온 탈황부분을 제외한 나머지 부분은 일체화 설계를 통해 제작된다. 탈황의 경우 도시가스에 포함된 부취제인 황화합물를 제거하여 후단에 위치한 촉매층이 황에 의해 피독되는 것을 막는 역할을 하며 주로 상온흡착식 탈황제를 사용한다. 황이 제거된 도시가스는 물과 함께 연료개질기로 도입되어 수증기 개질반응을 통하여 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 및 소량의 메탄과 미반응 수증기로 구성된 개질가스로 전환된다. 이후의 수성가스 전이반응에서는 일산화탄소가 물과 반응하여 수소 생산량을 늘리며 동시에 일산화탄소의 농도를 낮추게 된다. 또한 고분자 전해질 연료전지에 공급되는 개질가스는 선택적 산화반응을 통하여 일산화탄소의 농도를 10ppm이하로 유지하게 된다. 이러한 기능의 연료개질기 개발의 주요 이슈로는 컴팩트화 및 고효율화이며 이 두가지 요소를 고려하여 연료개질기를 설계하여야 한다. 연료전지 시스템의 전체부피를 줄이기 위한 노력의 일환으로 연료개질기의 컴팩트화가 요구되는데 가정용 연료전지 기술 선진국인 일본 제품의 경우 $1Nm^3/h$급 연료개질기의 부피는 20L정도로 알려져 있다. 또한 연료전지 시스템의 효율은 연료개질기의 개질효율과 연료전지 스택의 발전효율의 곱으로 계산되기 때문에 연료개질기의 연료개질 효율은 전체 시스템의 효율에 직접적으로 영향을 미치게 된다. 한국에너지기술연구원에서는 수소생산량 기준 $1Nm^3/h$급 연료개질기의 개발을 완료하였으며 크기 및 효율면에서 선진국 제품과 비교하여 동등 또는 우위의 수준을 달성하였다. 연료개질기 내부의 혼합 및 분배 구조를 개선하고 각 촉매층의 최적 배치를 통해 연료개질기의 부피를 최소화 하였으며 연료개질기 내부에서 고온부위와 저온부위 사이의 최적 열교환을 통해 열효율을 극대화 시켰다. 현재 개발된 $1Nm^3/h$급 개질기의 단열 후 부피는 13.5L 그리고 단독운전 시 열효율은 80%(LHV)로 측정되었다. 또한 $1Nm^3/h$급의 연료개질기의 스케일-업 설계를 통하여 수소생산량 3, $5Nm^3/h$ 규모의 연료개질기를 개발하였으며 성능평가가 진행 중이다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.371.1-371.1
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• 2014

반도체 트랜지스터의 크기가 점점 미세화 함에 따라 이에 수반되는 절연막에 대한 요구 조건도 까다로워지고 있다. 특히 게이트 산화 막의 두께는 10 nm 이하에서 고밀도를 갖는 높은 유전율 막에 대한 요구가 증가되고 있으며 또한 증착 온도 역시 낮아져야 한다. 이러한 요구사항을 충족하는 기술중의 하나는 매우 낮은 압력 및 200도 이하 저온에서 절연막을 증착하는 것이다. 본 연구에서는 플라즈마 화학 기상 증착(PE-CVD) 시스템을 이용하여 $180^{\circ}C$의 온도 및 10 mTorr의 압력에서 SiN 및 SiCN 박막을 제조하였다. 박막의 특성은 원자층 증착 공정 결과와 유사하면서 증착 속도의 향상을 위해 개조된 사이클릭 화학 기상 증착 공정을 이용하였다. Si 전구체와 산화제는 기판에 공급되기 전에 혼합되어 1차 리간드 분해를 하였으며, 리간드가 일부 제거된 가스가 기판에 흡착되는 구조이다. 기판흡착 후 플라즈마 처리 공정을 이용하여 2차 리간드 분해 공정을 수행하였으며, 반응에 참여하지 않은 가스 제거를 위해 불활성 가스를 이용하여 퍼지 하였다. 공정 변수인 플라즈마 전력, 반응가스유량, 플라즈마 처리 시간은 최적화 되었다. 또한 효율적인 리간드 분해를 위해 ICP와 CCP를 포함하고 있는 이중 플라즈마 시스템에 의해 2회에 걸쳐 분해되어지고, 그 결과로 불순물이 들어있지 않는 순수한 SiN과 SiCN 박막을 증착하였다. XRD 측정 결과 증착된 박막들은 모두 비정질 상이며, 550 nm 파장에서 측정한 SiN 및 SiCN 박막의 굴절률은 각 각 1.801 및 1.795이다. 또한 증착된 박막의 밀도는 2.188 ($g/cm^3$)로서 유전체 박막으로 사용하기에 충분한 값임을 확인하였다. 추가적으로 300 mm 규모의 Si 웨이퍼에서 측정된 비 균일도는 2% 이었다. 저온에서 증착한 SiN 및 SiCN 박막 특성은 고온 공정의 그것과 유사함을 확인하였고, 이는 저온에서의 유전체 박막 증착 공정이 반도체 제조 공정에서 사용 가능하다는 것을 보여준다.