• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2010년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.249.2-249.2
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• 2010

최근의 고유가와 환경오염에 대한 대응 수단으로 수송용 바이오연료의 보급에 대한 관심이 세계적으로 높아지고 있다. 이 중 바이오디젤은 동식물성 기름으로부터 메탄올과의 전이에스테르화 반응에 의해 생산되는 경유대체 연료로서 환경 친화성과 지속가능성이 인정됨에 따라 그 생산량이 급격히 증가하고 있다. 바이오디젤의 생산량이 증가함에 따라 대두유, 유채유, 팜유 등의 원료유 가격 상승 및 수급 불안정 문제가 대두되고 있으며 식량자원과의 충돌 문제도 발생되고 있다. 이를 해결하기 위한 방안으로 유리지방산 함량이 높은 저가유지 자원(폐식용유, 폐돈지, 폐우지, soapstock, trapped grease)을 이용한 공정 개발 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 비활용되고 있는 해외 열대작물 열매씨앗에서 착유한 식물성 오일의 바이오디젤 원료유로서의 사용 가능성을 검토하였다. 열대작물 오일의 물성 분석 결과 고형물, 수분, 인, 유리지방산 함량이 대두원유보다 매우 높게 나타났다. 오일 중의 인지질은 바이오디젤 제조 반응후 에스테르와 글리세린의 층분리를 방해하여 공정 효율을 감소시키고 유리지방산은 염기촉매와 결합하여 지방산염을 생성해 생산수율을 감소시키는 문제를 일으킨다. 고형물과 수분은 여과와 감압증발에 의해 쉽게 제거가 가능하였다. 15~20%의 유리지방산 함유 열대작물 오일의 전처리를 위해 균질계 산촉매와 비균질 고체 산촉매를 이용해 에스테르화 반응 효율을 조사한 결과 황산이 가장 높은 효율을 보였다. 반응표면분석법(Response Surface Method, RSM)을 적용해 메탄올과 촉매량의 2변수 에스테르화반응 최적화를 수행한 결과 메탄올 26%, 촉매 0.98%로 최적 조건이 도출되었으며 초기 산가 33mgKOH/g에서 0.98mgKOH/g으로 감소됨을 확인하였다. 전처리 정제한 오일의 물성분석 결과 고형물 0.1%, 수분 0.10%, 산가 1.0mgKOH/g, 인함량 20ppm 이하로 바람직한 원료유가 생산됨을 알 수 있었다. 제조된 원료유를 이용해 전이에스테르화 반응 최적화 실험을 RSM에 근거하여 진행한 결과 KOH 0.8%, 메탄올:오일 몰비 6.2:1, 반응온도 $60^{\circ}C$, 교반속도 200rpm, 반응시간 30분으로 나타났으며 증류 정제전 97.3%, 증류후 100.0%의 바이오디젤을 생산 할 수 있었다. 열대작물 오일의 전처리 공정은 메탄올을 과잉양으로 사용함으로 효과적인 알콜 회수 공정이 중요하다. 전처리 후 층분리를 통해 회수되는 메탄올 중의 수분함량은 2%~7%로서 이를 전처리 반응에 재사용하기 위해서는 0.3%이하의 수분함량으로 정제가 필요하다. 본 연구에서는 고가의 증류탑 형태가 아닌 단증류방식으로 2단계 내지 3단계로 0.3% 수분의 메탄올 회수 조건을 도출하였으며 파일롯 공정 설계를 진행하고 있다. 이로서 본 연구의 열대작물 오일은 저가로 충분한 물량의 확보가 가능하다면 바이오디젤 원료 자원으로서 큰 활용가치가 있는 것으로 판단된다.

• 한국추진공학회:학술대회논문집
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• 한국추진공학회 1997년도 제8회 학술강연회논문집
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• pp.191-201
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• 1997

혼합형 고체추진제에는 연소속도를 증가시키는 촉매로서 철,구리,크롬등 전이금속 $화합물^1$ 이 사용되고 있다. 현재 당공장에서 양산되는 개량형 추진기관의 추진제에 철화합물인 $Fe_2$ $O_3$ 가 사용되는데 그동안 $Fe_2$ $O_3$ 를 공급해온 미국 Columbian chemical co.에서 생산을 중단함에 따라 새로운 수급이 필요하게 되었다. 이에 이원료의 안정적인 공급을 위해 국산 $Fe_2$ $O_3$ 로 대체 개발하기 위해 국산 원료의 시장조사, 샘플 입수, 그리고 원료분석을 실시하였지만 당공장에서 사용해온 $Fe_2$ $O_3$ 의 원료규격중 순도, 산도(PH값), 입도등 중요항목을 만족할만한 국산 원료는 발견하지 못했다. 하지만 국내 제조업체중 제조능력 및 시설을 고려하여 일신종합화학(인천 소재)을 선정한 다음 제조 공정의 개선을 통하여 당공장 사용 원료을 만족하는 원료를 생산할 수 있었고, 개향형 추진 기관의 추진제에 적용하여 추진제 공정성, 물성, 그리고 가장 중요한 연소특성을 만족하는 국산 $Fe_2$ $O_3$ 를 개발에 성공하여 양산에 적용하고 있다.

• 한국CDE학회지
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• 제2권2호
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• pp.12-16
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• 1996

Rapid Prototyping(RP)이란 짧은 시간 내에 CAD 그래픽 데이터로부터 3차원 형상의 시제품을 만들어 내는 기술을 일컬으며, 1986년 3D Systems라는 회사에 의하여 상용화된 SLA(Stereolithography Apparatus)방식을 선두로 하여 지난 10년간 급속히 발전을 해왔다. 원하는 형상의 부품을 만들 때 기존의 machining은 원자재에서 재료를 깎아내면서 만드는 반면에, RP는 재료를 한 층씩 차례로 쌓아서 부품을 만드는 가산적인 공정 특징을 가지고 있다. 액체, 고체, 심지어 기체 상태의 재료까지 다양한 재료를 사용하고 있으며 또한 여러가지 적층방법으로 부품을 제작하고 있다. 성공적인 RP기술의 창출에는 RP기계제작에 직접 관계되는 기술뿐만 아니라, 재료 기술, RP제작에 적합한 CAD데이터 생성기술, 후처리 및 가공기술 등이 모두 관건이 된다. 여기서는 RP기술의 주요 파트 제작방법과 RP에 쓰이는 재료, RP의 용도 및 그 한계성 등에 대하여 생각하여 보았다. RP기술은 3차원 CAD 모델이 없으면 실현이 불가능하다. 3차원(3D)화는 제품을 설계하고 만드는 대부분의 회사가 경쟁력을 갖기 위하여 싫든 좋든 이루어야 하는 목표 중의 하나라고 할 수 있는데, RP기술 도입은 이러한 3차원화를 단축시키는 촉매제의 역할을 할 수 있다고 생각한다. RP기술이 부분적으로 정확도의 문제와 제작 가능한 재료의 종류 및 성능에 제한이 있지만, 현재로서도 여러 응용분야에 성공적으로 이용되고 있으며 향후에는 더욱 그 응용 범위를 넓혀갈 것으로 전망된다.

• 한국표면공학회:학술대회논문집
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• 한국표면공학회 2015년도 추계학술대회 논문집
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• pp.282-282
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• 2015

전자분광 화학분석(Electron Spectroscopy for Chemical Analysis : ESCA)은 고체표면의 구성원소 및 원소간 화학 결합 상태를 분석할 수 있는 효율적인 방법이다. ESCA 분석은 재료의 극표면층 (약 $20{\sim}100{\AA}$)에 분포되어 있는 원소 및 화학상태를 정성 정량적으로 확인할 수 있다. 또한, $Ar^+$이온을 충돌시켜 재료 표면을 ㎚단위로 식각 할 수 있기 때문에 수직분포 분석(Depth profiling)이 가능하여 나노재료가 활용되는 촉매, 반도체소자 그리고 박막 재료 등의 분석에 유용하게 활용될 수 있다. 이와 같은 분석적 장점에도 불구하고, ESCA 분석은 표면특성 분석에 주로 활용되는 주사전자현미경 및 X-선 미소분석(EDS, WDS) 등에 비하여 폭 넓게 사용되고 있지 못하다.

• 대한화장품학회지
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• 제24권1호
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• pp.7-24
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• 1998

게 껍질로부터 얻은 키틴을 탈아세틸화하여 키토산을 얻었으며, 얻어진 키토산의 유기용매에 대한 용해성을 향상시키기 위해 알칼리 조건에서 고압반응ㅇ기를 사용하여 프로필렌옥사이드와 반응시켜 치환율 3.5의 히드록시프로필 키토산을 합성하였다. 합성된 히드록시프로필 키토산은 고체상 CP/MAS 13C-NMR, 1H-NMR, FT-IR을 통해 반응이 키토산의 6번 탄소의 수산기와 2번 탄소의 아민기에 주로 일어났음을 알 수 있었다. 또한 X-선 회절분석을 통해 키토산의 결정성이 프로필렌옥사이드와의 반응에 의해 크게 감소하였음을 알 수 있었고, 그 결과 유기 용매에 대한 용해성이 현저히 증가되는 현상을 나타내었다. 한편, 히드록시프로필 키토산을 수상에 녹인 후 W/O 에멀젼상에 서 알칼리 촉매를 사용항 에피클로로히드린과 가교반응을 실시한 결과 내부가 비어있는 중공 마이크로비드를 얻을 수 있었다. 전자현미경을 통한 분석결과 중공 마이크로비드의 껍질의 내부에는 스킨층이 형성되어 있었으며, 외부 표면은 다공성이 높은 비대칭 막으로 되어 있음을 확인할 수 있었다.

• 한국식품과학회지
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• 제22권6호
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• pp.681-685
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• 1990

반응온도 $210^{\circ}C$, 수소압력 $0.3\;kg/cm^2$, 니켈촉매량 0.12%, 교반속도 280 rpm의 선택적 수소첨가조건에서 반응이 진행됨에 따른 면실유의 지방산 조성, 트란스산 및 이화학적인 특성의 변화를 연구하였다. 지방산 조성에 있어서는 팔미트산(16 : 0), 스테아르산(18 : 0)같은 포화지방산은 거의 변함이 없었고, 리놀레산(18 : 2), ($50.03%{\rightarrow}9.38%$)이 올레산(18 : 1) ($20.65%{\rightarrow}60.35%$)으로 전환되었으며, 특히 리놀레산 이성체 변화에서는 ct, tc, tt형의 변화보다는 cc형의 변화가 현저하였고, 올레산 이성체 변화에서는 t형 생성량은 현저하게 증가한데 비해 c형의 변화는 거의 없었다. 반면, 수소첨가됨에 따라 녹는점 및 고체지함량은 직선적으로 증가하였고 요드값은 직선적으로 감소하였다. 이들의 결과로부터 다음과 같은 직선회귀식을 구하였다. 녹는점과 요드값 : Y=1.59-2.36X(r=0.96, p<0.05), 고체지함량($at\;20^{\circ}C$)과 녹는점 : Y=2.81+2.01X(r=0.96, p<0.05), 고체지함량($at\;20^{\circ}C$)과 요드값 : Y=9.40-5.16X(r=-0.99, p<0.01), 고체지함량($at\;20^{\circ}C$)과 18 : 1 t : Y=6.25+8.48X(r=0.97, p<0.05).

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제43권5호
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• pp.621-626
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• 2005

Amberlyst-15 고체 산 촉매를 사용하여 올레산을 메탄올과 반응시켜 바이오 디젤의 성분이 되는 지방산 메틸 에스테르로 전환시켰다. 본 연구에서는 시료의 산가를 측정하고 전환율을 구함으로써 반응 온도, 메탄올 대 올레산의 몰 비 및 촉매의 양이 반응에 미치는 영향을 살펴보았다. 실험 범위 내에서 반응 온도가 $20^{\circ}C$ 상승할 때에 반응 속도는 약 2배씩 증가하였다. 그리고 메탄올 대 올레산의 몰 비가 증가 될 때는 최종 전환율은 증가하였지만, 반응에는 뚜렷한 차이가 없었다. 촉매 역시 반응에 중요한 변수로써, Amberlyst-15의 양을 2배로 증가시켰을 때, 반응속도는 1.2-1.3배 빨라졌다. 실험 데이터를 정량적으로 해석하기 위해 동역학식 연구를 하였으며 모사 균일 혼합물 모델(pseudo-homogeneous model)을 이용한 2차 반응 속도식을 전개하였다.

• 대한화학회지
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• 제35권6호
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• pp.689-698
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• 1991

산소가 포화된 DMF 용매에서 다섯자리 Schiff base cobalt(Ⅱ) 착물들의 균일 산화촉매에 의한 2,6-di-tert-butylphenol의 산화주생성물은 2,6-di-tert-butylbenzoquinone(BQ)이고, 이들 균일 활성촉매는 DMSO와 pyridine 용매에서 PVT법에 의한 $O_2$/Co 몰결합비가 1:1인 superoxo형인 [Co(Ⅲ)(sal-DET)]$O_2$와 [Co(Ⅲ)(sal-DPT)]$O_2$이나 DMF 용매에서는 1:1.52이고 고체상태에서는 1:2인 ${\mu}$-peroxo형으로 주어진다. 또한 0.1M TEAP-DMSO와 0.1 M TEAP-Py의 지지전해질 용액에서 유리질 탄소전극을 사용한 순한전압전류법과 DPP법에 의한 superoxo형인 균일산화 활성 촉매들의 전기화학적 특성은 $O_2$-의 prewave을 포함한 네단계 환원과정으로 일어난다.

• 공업화학
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• 제17권5호
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• pp.451-457
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• 2006

$CrCl_{3}$를 $NH_{3}$와 반응시켜 약 $850^{\circ}C$에서 표면적이 높은 단일 상 CrN 촉매를 합성하였다. 열질량분석을 통해 고체상 화학변이가 발생하는 온도를 파악하였고 물질의 상을 XRD로 분석하였다. 합성물질의 표면적, 결정크기 등을 분석하였고 합성변수의 영향을 확인하였다. 합성된 질화물의 표면적은 $12{\sim}47m^2/g$이었다. 공간속도는 표면적 증가에 약하게나마 영향을 미쳤는데 반응중간생성물의 빠른 제거가 표면적을 높이는데 기여하는 것으로 파악되었다. 승온환원반응 분석 결과 CrN은 비활성화(passivation)시 거의 산화되지 않아 수소분위기에서의 환원이 거의 일어나지 않았으며 약 $700^{\circ}C$와 $950^{\circ}C$ 부근에서 결정격자 중의 질소가 $N_{2}$로 분해되었다. 공기분위기에서 10 K/min의 속도로 가열하면 $300^{\circ}C$ 이후의 온도에서 산화가 진행되어 $800^{\circ}C$ 부근에서 $Cr_{2}O_{3}$ 상이 형성되기 시작하였으며 $900^{\circ}C$에서도 완전히 산화되지 않았다. 부탄과 피리딘을 이용한 활성실험 결과 CrN 촉매는 탈수소반응에 선택적으로 높은 활성을 가졌으며 수첨탈질이나 수소분해반응 활성은 거의 없었다. 부탄의 탈수소반응에서 부피반응속도는 상용 촉매인 $Pt-Sn/Al_{2}O_{3}$보다 우수하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권2호
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• pp.175-188
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• 2023

화석연료를 대체할 수 있는 친환경 미래 에너지로 수소에너지에 대한 전세계적 관심이 높아지고 있다. 이에 따라 미생물, 원자력 등을 이용한 차세대 수소 생산 기술이 개발되고 있으나, 화석연료 기반의 수소 생산 비용을 뛰어 넘기에는 아직 많은 시간과 노력이 필요한 상황이다. 화석연료 기반의 수소 생산 과정에서 온실가스의 배출량을 최소화 할 수 있는 방안으로 메탄 직접분해 반응 기술이 최근 관심을 모으고 있다. 공정의 경제성 향상을 위해서 수소 생산과 동시에 생산된 탄소물질의 고부가화 대한 연구가 필수적이며, 고부가 탄소 물질 중 하나인 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT)의 품질 및 수율 등과 관련한 촉매반응 연구가 지속되어 왔다. 또한 공정기술 측면에서, 연속적인 생산이 가능하며 기체-고체 접촉 효율이 좋은 유동층 공정을 적용시켜 생산성과 경제성을 확보하고자 하는 연구가 시도되었다. 최근 유동층을 이용한 메탄 직접분해 반응기술은 수소 270 kg/day, 탄소 1000 kg/day의 생산이 가능한 정도의 기술 개발이 진행되었으며, 향후 촉매 재활성화, 분리 및 재순환 기술 등이 개발되면 공정의 효율이 크게 제고될 것이다. 이에 본 총설에서는 메탄 직접 분해에 활용되는 촉매 및 유동층 메탄 열분해 기술의 최근 연구들을 고찰하였다.