• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2018.06a
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• pp.92.2-92.2
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• 2018

빠르고 정확한 글루코오스 농도 측정은 의료, 식품, 환경 등 다양한 산업에서 매우 중요하다. 글루코오스 산화효소를 기반으로 하는 현재 글루코오스 센서는 높은 감도와 선택성을 갖지만 온도변화나 다른 화학물 등 환경에 취약하다는 단점이 있다. 따라서 최근 비효소식 글루코오스 센서에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 금속-유기 구조체(MOFs)는 금속이온과 유기물 리간드로 구성된 결정성 다공체로, 큰 기공 크기와 비표면적, 안정성 등을 특징으로 갖는다. 대부분의 MOFs는 전기전도도가 낮지만 금속이온의 산화/환원, 리간드의 화학적 개질을 통해 전기화학분야에서도 다양하게 연구되고 있다. 본 연구에서는 글루코오스 농도 측정을 위한 전극촉매로 다양한 금속이온과 리간드로 이루어진 MOFs를 합성했다. 표면분석을 통해 MOFs의 전기화학적 처리 전후의 구조와 성질 변화를 관찰했고 전기화학적 분석을 통해 금속이온과 리간드의 종류가 감도, 선택성 등 글루코오스 검지 성능에 주는 영향을 분석했다. 그 결과 Ni, Co 기반의 MOFs가 글루코오스에 대해 높은 감도를 보였으며 이를 통해 MOFs의 글루코오스 센서로의 응용 가능성을 확인했다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.11a
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• pp.143-143
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• 2010

GTL(Gas-to-Liquids)공정 중 합성가스 제조공정(Reforming Process)인 ATR(Auto-Thermal Reforming), SCR(Steam Carbon Reforming), POx(Partial Oxidation)의 시뮬레이션 연구를 수행하였다. Reforming 공정에서 생산된 합성가스는 GTL 합성유 제조공정인 FT(Fischer-Thropsch) 반응기로 주입되며, 합성유 생산에 최적의 효율을 보이는 H2/CO 비(합성가스에 포함된 반응물비)는 2.0으로 알려져 있다. FT공정은 합성가스를 원료로 고온 및 고압 반응을 거쳐 GTL 공정의 최종 생산품인 FT합성유를 제조하는 공정이다. 본 연구에서는 FT공정 효율 극대화를 위해 reforming 공정에서 생성되는 합성가스 내 H2/CO의 비를 2로 수렴토록 모사조건을 설정하였으며, 상기 조건을 만족하는 reforming 공정들의 운전 온도 및 feed 조성을 분석하고 비교하고자 한다. 현재 GTL 플랜트관련 산업계에 적용 혹은 주 연구대상인 reforming 공정으로는 ATR, SCR, POx 공정이 있다. ATR 공정은 $850{\sim}1100^{\circ}C$에서 메탄, 스팀 및 산소를 원료로 활용하여 H2 및 CO를 생산하는 공정으로 발열/흡열 반응이 상존하여 에너지 비용이 낮지만 공정구조 상 열회수설비 및 ASU(Air Separation Unit)이 필요하기에 CAPEX(초기설비 설치비용)가 높은 편이다. SCR공정은 CH4, Steam 및 CO2를 연료로 하기에 이산화탄소가 일정부분 포함된 가스전에도 적용이 가능하나 공정 운전 중 지속적으로 외부에서 열을 공급해야 하기에 에너지 투입비용이 높은편이며, 탄소침적의 문제가 있어 대용량 플랜트에는 적합하지 않다. POx공정은 약 $1,500^{\circ}C$의 고온에서 CH4가 O2에 의해 부분 산화되는 방식으로 촉매가 필요없어 설비비가 타 공정에 비해 저렴하나 생산가스의 H2/CO비가 다소 낮아 전체적인 GTL 공정효율이 저하되는 단점이 있다. 상기 세 공정은 GTL 산업계에서 실증 및 효율증대를 위해 주로 연구되는 공정이기에 본 연구의 분석대상으로 설정하였다. 본 연구에서는 상용공정모사기인 Aspen Plus를 활용하여 reforming 공정별로 FT합성공정의 최적 조건(H2/CO=2)을 만족하는 합성가스 생산조건 분석 및 비교를 수행할 예정이다. 운전조건인 공정 운전온도 및 feed 가스조성 등을 모사하기 위해 합성가스 reforming 공정을 모델링하고 공급유량 및 압력 등의 운전변수는 GTL국책과제 1단계 연구수행 결과를 토대로 선정하고자 한다. GTL공정의 경우, 설비의 운전조건이나 연료가스의 구성 및 유량에 따라 적합한 reforming 공정이 다르기에 본 시뮬레이션 결과를 향후 GTL 플랜트 공정모델 설계시 reforming 공정선정에 참고자료로 활용하고자 한다.

• Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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• v.28 no.1
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• pp.48-53
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• 2006

The purpose of this paper is to investigate the optimal condition of the SynGas production by reforming of propane using plasmatron. Plasma was generated by air and arc discharge. The effects of applied steam, $CO_2$ or Ni-catalyst on propane conversion, yield of hydrogen and $H_2/CO$ ratio as well as correlation of syngas were studied. When the variations of $O_2/C_3H_8$ flow ratio, $H_2O/C_3H_8$ flow ratio and $CO_2/C_3H_8$ flow ratio were $0.94{\sim}1.48,\;4.3{\sim}10\;and\;0.8{\sim}3.05$ respectively, Under the condition mentioned above, result of $H_2O/C_3H_8$ flow ratio was maximum $H_2$ concentration, or $28.2{\sim}31.6%$, and result of $H_2O/C_3H_8$ flow ratio with catalyst was minimum CO concentration or $6.6{\sim}7.1%$ and the ratio of hydrogen to carbon monoxide($H_2/CO$) were $3.89{\sim}4.86$.

• Applied Chemistry for Engineering
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• v.18 no.4
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• pp.337-343
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• 2007

The reforming catalyst and the electrodes in fuel cells can be poisoned by the organic sulfur compound which is added as an odorant for checking out the leakage of natural gas, and that makes a big problem of system degradation. In this study, various adsorbents, such as silica, ${\gamma}$-alumina, activated carbon, HZSM-5, Ultra-stable Y zeolite (USY), and beta zeolite (BEA), were utilized to remove tetra-hydrothiophene (THT) and tert-butylmercaptan (TBM), and to confirm the performance in the adsorption of those odorants by using a continuous adsorptive bed. The effects of Si/Al ratio of zeolites, adsorption temperature and the type of balance gas (methane or He) on the adsorption performance in the packed bed have been investigated. In addition, the competitive adsorption between TBM and THT on the adsorbents was also estimated. The result shows that H-type BEA zeolite exhibited the highest adsorption capacity for TBM and THT odorant, and the higher amount of THT was removed adsorptively on the same adsorbent than TBM. The physical and chemical adsorption of those compounds on acid sites of zeolite were confirmed by temperature programmed desorption (TPD) and infrared spectrum (IR) analyses.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.29 no.6
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• pp.559-569
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• 2018

Catalytic supports made of carbon have many advantages, such as high coking resistance, tailorable pore and surface structures, and ease of recycling of waste catalysts. Moreover, they do not require pre-reduction. In this study, ash-free coal (AFC) was obtained by the thermal extraction of carbonaceous components from raw coal and its performance as a carbon catalytic support was compared with that of well-known activated carbon (AC). Nickel was dispersed on the carbon supports and the resulting catalysts were applied to the steam reforming of toluene (SRT), a model compound of biomass tar. Interestingly, nickel catalysts dispersed on AFC, which has a very small surface area (${\sim}0.13m^2/g$), showed higher activity than those dispersed on AC, which has a large surface area ($1,173A/cm^2$). X-ray diffraction (XRD) analysis showed that the particle size of nickel deposited on AFC was smaller than that deposited on AC, with the average values on AFC ${\approx}11nm$ and on AC ${\approx}23nm$. This proved that heteroatomic functional groups in AFC, such as carboxyls, can provide ion-exchange or adsorption sites for the nano-scale dispersion of nickel. In addition, the pore structure, surface morphology, chemical composition, and chemical state of the prepared catalysts were analyzed using Brunauer-Emmett-Taylor (BET) analysis, transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), x-ray diffraction (XRD), Fourier-transform infrared (FT-IR) spectroscopy, and temperature-programmed reduction (TPR).

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.25 no.5
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• pp.459-467
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• 2014

The catalytic steam reforming of toluene, a major component of biomass tar, was studied using several catalysts at various temperatures $400-800^{\circ}C$, kind of metal, and metal loading content. Ru and K promoted Ni-base catalyst were prepared, and used for steam reforming of toluene with steam/toluene molar ratio of 25. Concentration of toluene in reactant flow is $30g/Nm^3$ that is usual content of tar from biomass gasifier. The result from experiments showed that $H_2$ content in product gas and toluene conversion increased with temperature. Where in high temperature range, CO and $CO_2$ content in product gas were affected mainly by Boudouard reaction. Ni/Ru-K(3wt%)/$Al_2O_3$ catalyst showed best performance on steam reforming of toluene than used catalysts in this study at whole temperature. Catalysts have been characterized by XRD, TG. XRD analysis displayed that Ni particle size on Ni/Ru-K (3wt%)/$Al_2O_3$ catalyst was 29.4nm. Activation energy of Ni/Ru-K (3wt%)/$Al_2O_3$ catalyst was calculated 36.8kJ/mol by Arrhenius plot.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.28 no.4
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• pp.345-351
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• 2017

Single stage water-gas shift reaction has been carried out at a gas hourly space velocity of $150,494h^{-1}$ over $Cu-Ce_{0.8}Zr_{0.2}O_2$ catalysts prepared by a co-precipitation method. Cu loading was optimized to obtain highly active co-precipitated $Cu-Ce_{0.8}Zr_{0.2}O_2$ catalysts for single stage water-gas shift reaction. 80 wt.% $Cu-Ce_{0.8}Zr_{0.2}O_2$ exhibited the excellent catalytic performance as well as 100% $CO_2$ selectivity (CO conversion = 27% at $240^{\circ}C$ for 50 h). The high activity and stability of 80 wt.% $Cu-Ce_{0.8}Zr_{0.2}O_2$ are correlated to low activation energy and large amount of surface Cu atoms.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.17 no.3
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• pp.248-254
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• 2006

The promotion effects of noble metals upon the activity and reducibility in steam methane reforming over $Ni/MgAl_2O_4$ catalysts were investigated. While $Ni/MgAl_2O_4$ catalysts require the pre-reduction by $H_2$, the noble metal-added catalysts show high catalytic activities without pre-treatment. According to $CH_4$-TPR, the addition of noble metal makes the $Ni/MgAl_2O_4$ catalyst easily reducible. The reduction degree of NiO in the noble metal-added catalysts after using at $650^{\circ}C$ without pre-reduction was $15{\sim}20%$, and was lower than that in the $H_2$-reduced $Ni/MgAl_2O_4$ catalyst(reduction degree=27%). The enhancement of the catalytic activity over noble metal-added catalysts results from easier reducibility by addition of noble metal and the synergy effect between noble metal and Ni.

• Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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• v.24 no.2
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• pp.113-120
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• 2013

A steam reformer is a chemical reactor to produce high purity hydrogen from fossil fuel. In the steam reformer, since endothermic steam reforming is heated by exothermic combustion of fossil fuel, the heat transfer between two reaction zones dominates conversion of fossil fuel to hydrogen. Steam Reforming is complex chemical reaction, mass and heat transfer due to the exothermic methane/air combustion reaction and the endothermic steam reforming reaction. Typically, a steam reformer employs burner to supply appropriate heat for endothermic steam reforming reaction which reduces system efficiency. In this study, the heat of steam reforming reaction is provided by anode-off gas combustion of stationary fuel cell. This paper presents a optimization of heat transfer effect and average temperature of cross-section using two-dimensional models of a coaxial cylindrical reactor, and analysis three-dimensional models of a coaxial cylindrical steam reformer with chemical reaction. Numerical analysis needs to dominant chemical reaction that are assumed as a Steam Reforming (SR) reaction, a Water-Gas Shift (WGS) reaction, and a Direct Steam Reforming(DSR) reaction. The major parameters of analysis are temperature, fuel conversion and heat flux in the coaxial reactor.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2009.11a
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• pp.381-381
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• 2009

염료감응형 태양전지의 효율 향상을 위한 다양한 방법들 중 $TiO_2$ 나노 파우더의 표면 개질 및 페이스트의 분산성 향상을 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 기존 나노 파우더의 표면 개질법으로는 액상 공정인 졸겔법이 있으나 표면 처리 공정에서의 응집현상은 아직 해결해야 할 과제 중 하나이다. 이에 본 연구에서는 진공증착방법인 ALD법을 이용하여 염료감응형 태양전지용 $TiO_2$ 나노 파우더의 $SiO_2$ 산화물 표면처리를 통한 분산특성을 파악하였다. 기존 ALD법의 경우 reactor의 온도가 $300{\sim}500^{\circ}C$ 정도의 고온에서 공정이 이루어졌지만 본 실험에서는 2차 아민계촉매(pyridine)을 사용하여 reactor의 온도를 $30^{\circ}C$정도의 저온공정에서 $SiO_2$ 산화물을 코팅을 하였다. MO source로는 액체상태의 TEOS$(Si(OC_2H_5)_4)$를, 반응가스로는 $H_2O$를 사용하였고, 불활성 기체인 Ar 가스는 purge 가스로 각각 사용 하였다. ALD 공정에 의해 표면처리 된 $TiO_2$ 나노 파우더의 분산특성은 각 공정 cycle에 따라 FESEM을 통하여 입자의 형상 및 분산성을 확인하였으며 입도 분석기를 통하여 부피의 변화 및 분산 특성을 확인하였다. 공정 cycle 이 증가함에 따라 입자간의 응집현상이 개선되는 것을 확인 할 수 있었으며, 100cycles에서 응집현상이 가장 많이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 표면 처리된 $SiO_2$ 산화막은 XRD를 통한 결정 분석 및 EDX를 통한 정성 분석을 통하여 확인하였다.