• 멤브레인
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• 제31권6호
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• pp.393-403
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• 2021

생체 내 변화에서 효소는 중요한 촉매이다. 효소의 안정성과 재사용성은 촉매 과정에서 중요한 요소이다. 적합한 기질에 효소 고정화는 특정 미세환경의 조성을 통해 효소 활동성을 높인다. 다양한 종류의 분리막이 각각의 생체적합성과 막 표면의 친수성/소수성 조절 용이도에 따라 기질로 사용되었다. 본 논문에서는 셀룰로스, 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF), 폴리에테르설폰(PES) 고분자 분리막이 소개되고 토의되었다. 고정화 효소를 이용한 유기오염물의 생물적 분해는 제약 회사 및 섬유 회사 등에서 발생하는 오염물질을 친환경적으로 감소할 수 있는 방법이다. 효소 고정화 생물반응기(EMBR)로 기름의 가수분해를 제어할 수 있고 이를 통해 탄소 배출량 감소 및 환경오염을 줄일 수 있다. EMBR로 만들 수 있는 바이오에탄올과 바이오디젤은 화석 연료의 대체제이다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권4호
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• pp.561-569
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• 2023

푸르푸랄(furfural)은 리그노셀룰로오스 바이오매스(lignocellulose biomass)의 헤미셀룰로오스(hemicellulose) 성분 중 하나인 자일로스(xylose)로부터 생산되는 플랫폼 화학물질이다. 푸르푸랄은 페놀류 화합물이나 바이오 연료 등의 중요한 원료로 사용될 수 있다. 본 연구에서는 푸르푸랄 생산공정에서 일반적으로 사용되는 산 촉매인 황산(sulfuric acid)과 친환경적 촉매인 포름산(formic acid) 두 가지 촉매를 이용하여 회분식 반응 시스템(batch system)에서 자일로스로부터 푸르푸랄을 생산하기 위한 조건을 비교 및 최적화하였다. 자일로스의 초기 농도(10 g/L~100 g/L), 반응 온도(140~200 ℃), 황산 촉매(1~3 wt%), 포름산 촉매(5~10 wt%), 반응 시간에 따라 자일로스로부터 푸르푸랄 수율에 미치는 영향을 조사하였다. 촉매 종류에 따른 최적 조건은 다음과 같았다. 황산 촉매의 경우, 3 wt%의 촉매농도, 50 g/L의 초기 자일로스 농도, 180 ℃의 온도 10분의 반응시간에서 최대 58.97%의 푸르푸랄 수율을 얻었다. 포름산 촉매의 겨우, 5 wt%의 촉매농도, 50 g/L의 초기 자일로스 농도, 180 ℃의 온도, 150분 반응 시간에서 65.32%의 푸르푸랄 수율을 확보하였다.

• 멤브레인
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• 제24권3호
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• pp.213-222
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• 2014

자동차 연료용 바이오가스의 고순도 메탄 분리정제를 위해 2단 재순환 분리막 공정을 연구하였다. 2단 재순환 분리막 공정을 개발하기 위해 폴리설폰(Polysulfone) 중공사 모듈을 채택하여 이산화탄소, 메탄의 순수투과도를 측정하였다. 또한 모델 혼합가스를 대상으로 모듈의 메탄농도와 압력에 대해 투과실험을 수행하여 메탄의 농도와 회수율에 대한 연구를 수행하였다. 그 결과를 토대로 2단 재순환 분리막 파일럿 플랜트를 제작하였으며 현장에서 발생되는 바이오가스를 대상으로 공정변수에 대한 메탄 회수율과 농도에 관한 투과실험을 수행하였다. 제습기와 탈황설비 등의 전처리설비를 거쳐 가스 내의 수분을 500 ppm 이하, 바이오가스내의 황화수소 농도를 20 ppm 이하로 제거하였으며 그 정제된 혼합가스를 대상으로 파일럿 분리막 공정의 막면적비에 따른 운전결과를 알아보기 위하여 1, 2단의 막면적비가 각각 1:1, 1:3, 2:2가 되도록 구성하여 실험을 진행한 결과, 1단의 막면적은 $1m^2$로 동일하고 2단의 면적비가 $1m^2$에서 $3m^2$로 증가하였을 경우 최종 공급유량은 6.6 L/min에서 80.7 L/min로 그리고 메탄 회수율은 메탄순도 95%에서 47.1%에서 92.5%로 증가하였다. 또한, 막 면적비가 1:1로 동일한 경우 전체 면적이 2배로 증가함에 따라서 유량은 6.6 L/min에서 100.8 L/min로 회수율은 47.1에서 88.3%를 나타내었다. 1:3 면적비에서 공급유량이 증가하는 경우, 최종 메탄 순도는 감소하고 메탄 회수율은 증가하는 것을 알 수 있었다. 운전압력이 증가할수록 공급유량은 증가하고 회수율은 다소 감소하는 것으로 나타났다. 실험을 통해 유효막면적, 공급압력과 공급유량의 변화가 공정 성능향상에 중요한 영향을 미친다는 것을 확인하였다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제19권1호
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• pp.82-88
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• 2011

Lean combustion and exhaust emission characteristics in a ethanol fueled spark-ignited engine according to ethanol-gasoline fuel blending ratio were investigated. The test engine was $1591cm^3$ and 10.5 of compression ratio SI engine with 4 cylinders. In addition, lambda sensor system was connected with universal ECU to control the lambda value which is varied from 1.0 to 1.5. The engine performance and lean combustion characteristics such as brake torque, cylinder pressure and rate of heat release were investigated according to ethanol-gasoline fuel blending ratio. Furthermore, the exhaust emissions such as carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbon (HC), nitrogen oxides ($NO_x$) and carbon dioxide ($CO_2$) were measured by emission analyzers. The results showed that the brake torque, cylinder pressure and the stability of engine operation were increased as ethanol blending ratio is increased. Brake specific fuel consumption (BSFC) was increased in higher ethanol blending ratio while brake specific energy consumption (BSEC) was decreased in higher ethanol blending ratio. The exhaust emissions were decreased as ethanol blending ratio is increased under overall experimental conditions, however, some specific exhaust emission characteristics were mainly influenced by lambda value and ethanol-gasoline fuel blending ratio.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권5호
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• pp.693-697
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• 2016

본 연구에서는 탄소나노튜브(CNT), 글루코스 산화효소(Glucose oxidase, GOx) 및 다양한 분자량의 가지달린 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine, branched, bPEI)을 물리적으로 결합하여 GOx/PEI/CNT 구조를 제조한 뒤, 가교제인 테레프타랄데하이드(Terephthalaldehyde, TPA)와 알돌축합반응을 통해 TPA/[GOx/bPEI/CNT] 구조의 촉매를 합성하였으며, 각각의 전기화학적 특성 및 장기안정성 등을 평가하였다. GOx/PEI/CNT의 경우, PEI의 분자량의 증가에 따라 유의한 차이를 확인할 수 없었으나, TPA 도입한 TPA/[GOx/bPEI/CNT]는 PEI 분자의 증가에 따라 전자전달 및 장기안정성은 향상되며 글루코스의 물질전달은 감소함을 확인하였다. 또한 효소연료전지 음극 촉매로서의 최적 bPEI 분자량을 확인한 결과, 750 k PEI를 이용한 촉매(TPA/[GOx/bPEI-750k/CNT]에서 최고의 최대전력밀도($0.995mW{\cdot}cm^{-2}$)를 얻을 수 있음을 확인하였다.

• 한국자동차공학회논문집
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• 제18권5호
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• pp.76-84
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• 2010

The aim of this study is to analyze the effect of the ethanol blending in diesel-ethanol blended fuels on the spray and combustion characteristics in a common-rail four-cylinder diesel engine. For the analysis of the spray characteristics, the spray images were obtained using a high speed camera with metal-halide lamps. From these spray images, the macroscopic spray characteristics such as the spray tip penetration and spray cone angle were investigated. Also, the combustion characteristics including the combustion pressure and the rate of heat release were studied with the analysis of the exhaust emissions in diesel-ethanol blended fuel driven diesel engine. It can be confirmed from the experiment on spray characteristics of diesel-ethanol blended fuels that the increased ethanol blending ratio induced the decrease of the spray tip penetration after the end of the injection. The spray cone angle slightly increased by the blending of ethanol fuel. In the experiment on atomization characteristics, the ethanol blending caused the improvement of the diesel atomization performance. On the other hand, at the same engine load condition, the increase of the ethanol blending ratio lead to lengthen the ignition delays, and to decrease the peak combustion pressure and the rate of heat release. Totally, the combustion and emission characteristics of ULSD and DE10 showed similar characteristics. However, in the case of DE20, CO and HC rapidly increased, and $NO_x$ decreased. It can be believed that 20% ethanol disturbed the combustion of diesel-ethanol blended fuel due to the low cetane number and evaporation.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제44회 동계 정기학술대회 초록집
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• pp.137-137
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• 2013

지속 가능한 발전을 위해, 한정된 자원인 석유의 고갈을 막기 위해 석유를 수송에너지로 주로 사용하는 자동차에서 바이오 디젤이나 연료전지, 전기자동차 등 다양한 대안이 제시되고 있다. 그러나 식량 가격 상승, 낮은 안정성, 인프라 확충 등의 문제의 해결이 필요할 뿐만 아니라, 석유의 소비를 감소시키는 대신, 지구에서 소비할 수 있는 다른 형태의 에너지를 소모한다는 측면에서 근본적인 에너지 문제의 해결책의 모색이 필요하다. 19세기 후반, 백열전구의 필라멘트 용도로 사용되기 시작한 탄소 섬유는, 철에 비해 5배 가볍고 강도는 10배가 높으며 내열성이 뛰어난 소재로서, 복합소재의 형태로 제조되어 비행기, 우주선, 풍력 발전 블레이드 등 다양한 산업 분야에서 소재의 장점을 발휘하는 재료로 적용 분야가 확대되고 있다. 특히 비행기 분야에서는 최근 비행기 몸체 구조에 기존 알루미늄 합금을 탄소섬유복합재가 대체하고 있으며, 최근에는 부피 기준 50% 가량까지 탄소섬유 복합재를 사용하여 비행기를 제작하고 있다. 이에 따라 기존에 비해 20% 가량 연료 소모가 감소하여, 비행기 한 대 당 연간 2,700톤의 이산화탄소 배출을 저감하고 있다. 이와 같이 탄소섬유 복합재를 다양한 분야에 적용함으로써, 에너지 문제에 대한 보다 근본적인 접근이 가능하다. 그러나 탄소섬유 복합소재는 금속 등 기존 재료에 비해 높은 가격으로 상용 자동차 등 에너지 소비량이 많은 분야에 널리 적용되는데 한계가 존재한다. 이와 같이 높은 탄소섬유의 가격은, 원가의 50% 가량을 차지하는 PAN 원사 가격과 나머지 반절에 해당하는 안정화/탄화 공정 비용에서 기인하는 것으로, 미국의 ORNL (Oak Ridge National Laboratory), 한국의 KIST 복합소재연구소 등에서는 원사, 안정화 공정, 탄화 공정 등 다양한 측면에서 탄소섬유 복합재의 가격을 절감할 수 있는 방안을 연구 중이다. 미국 ORNL에서는 마이크로웨이브 플라즈마를 이용하여 기존에 열을 이용해 수행하던 탄화 공정 비용을 크게 절감하고 있으며, KIST에서는 대기압 플라즈마를 이용하여 기존에 열을 이용해 2시간 가량이 소요되는 안정화 공정을, 대기압 플라즈마를 이용하여 30분여로 단축된 시간에 수행하는 공정을 개발 중이다. 본 발표에서는 탄소섬유 복합재의 개요와, 탄소섬유 가격 절감 방안으로서의 플라즈마에 대해 논의하며 대기압 플라즈마의 다양한 응용에 대해 소개할 예정이다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제28권4호
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• pp.508-516
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• 2011

Hydrotreated biodiesel(HBD) is paraffinic bio-based liquid, with the chemical structure $C_nH_{2n+2}$, originating from vegetable oil(the process can also be applied to animal fat). The oil or fat is treated in a number of process, the most important being hydrogenation, in order to create a bio-based liquid diesel fuel. During the hydrogenation, oxygen is removed from the triglyceride and converted into water. Propane is formed as a by product and can be combusted and used for energy production. HBD can be used in conventional diesel engines, pure or blended with conventional diesel, due to its similar physical properties to diesel. This study reports the quality characteristics with chemical and physical properties as an alternative diesel fuel. Especially, HBD showed higher cetane value and number than FAME, and it is consisted of $C_{15}$ - $C_{18}$ n-paraffinic compounds. We also describes quality characteristics of HBD blends(2, 5, 10, 20, 30, 40, 50 vol%) in automotive diesel. HBD blends(max. 20 vol%) were the limit by the Korean specification due to poor low temperature characteristics.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제12권3호
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• pp.123-131
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• 2012

오래 전부터 연료의 가격은 상승하고 있다. 제조업체는 보증을 통해 실용적인 대안을 찾고자 전기와 강력한 바이오 연료를 이용하여 차량의 성장가능을 연구하고 있다. 이제, 이러한 녹색 환경(emission) 관련된 보증은 보증기간이 확장되며, 이러한 보증을 "수퍼 보증" 이라 불린다. 본 논문의 주요 결과는 라돈 변환의 역행렬을 보증공간의 수치를 줄이기 위해 사용되며, 응용 프로그램 및 RBF 네트워크를 사용하여 대략적인 이변량의 보증 기능에 새로운 방법을 제시한다. 이 방법은 다음과 같은 단계로 구성되어 있다. 첫째, 라돈 변환을 이용하여, 이변량 보증 함수의 1차원 함수를 줄일 수 있다. 둘째, 1 차원 함수의 각 신경 서브 네트워크와 신경 네트워크 기법을 사용하여 근사할 수 있다. 셋째, 이러한 신경 sub-networks 형태로 최종 근사 신경망 함께 결합 된다. 넷째, 라 돈 변환의 역함수 값을 사용 하여 최종 근사 신경 네트워크에 우리가 주어진 함수 근사화를 얻을 수 있다. 또한, 우리는 자동차 회사의 일부 그린 보증 데이터를 가지고 위의 방법을 적용한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제58권2호
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• pp.266-272
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• 2020

본 연구에서는 갑각류의 껍질로부터 추출한 chitosan으로부터 황산을 촉매로 사용하여 가수분해 및 에스테르화 반응과 반응표면분석 실험계획법을 적용하여 화학 원료 및 연료로 사용 가능한 ethyl levulinate의 생산 가능성을 조사하였다. 반응물 중 수분함량의 영향을 조사한 결과, chitosan의 가수분해와 동시에 탈수반응과 ethyl levulinate로의 에스테르화와 반응은 5% 수분함량에서 가장 높았다. 반응표면분석 실험계획법을 이용하여 반응인자를 최적화한 결과, 200 ℃, 3.19% chitosan, 0.49M 황산 촉매, 5% 수분함량(95% 에탄올 용매), 그리고 58분의 반응조건에서 30.1%의 ethyl levulinate의 생성 수율을 얻었다. 또한, ethyl levulinate의 생성 수율은 반응의 가혹도가 증가할수록 증가하는 경향을 나타내었다. 이러한 결과는 chitosan이 화학 원료 및 연료의 생산에 사용될 수 있는 바이오매스로서의 잠재력이 있다고 판단된다.