바이오디젤이란 식물성 기름, 동물성 지방, 폐식용유 등의 재생 가능한 자원을 촉매 존재 하에 알코올과 반응시켜 생성되는 에스테르 혼합물을 말하며 경유와 물성이 유사하므로 경유에 혼합하여 압축착화 방식인 디젤엔진에 사용할 수 있다. 그러나 바이오디젤은 경유에 비하여 탄소-탄소 간 이중결합을 가지고 있는 성분을 많이 함유하고 있기 때문에 공기에 의해 산화가 일어나기 쉽다. 일반적으로 폐놀계 향산화제인 t-buthylhydroquinone(TBHQ)를 사용하여 산화안정성을 향상시키나 국내에서 사용되는 산화방지제는 전량 수입에 의존하고 있어 제품 개발에 의한 국산화가 시급한 실정이다. 본 연구에서는 폐유지로부터 생산한 바이오디젤의 산화안정성 향상을 위하여 폐놀 및 아민계 등의 산화방지제를 합성하여 바이오디젤에 적용하였으며, 다양한 물성시험방법을 적용하여 석유 및 석유대체연료 사업법에서 규정하는 바이오디젤의 품질기준을 확인하였다. 또한 EN 14112 바이오디젤 산화안정성 시험방법으로 폐놀 및 아민계 등의 산화안정성을 확인하였다. 본 연구는 산학연 공동기술개발 1차년도 사업으로 한국화학연구원과 공동으로 수행하였으며, 산화방지제 적용평가를 통해 우수한 제품을 선정하여 2차년도에는 차량 테스트를 통해 연료 첨가제로서의 적합성을 검증할 예정이다.
탈인산화 정도를 달리한 전카제인 또는 ${\beta}$- 및 ${\kappa}$-카제인을 사용하여 여러 종류의 카제인 미셀계를 합성하여 탈인산화하지 않은 카제인으로 제조한 미셀계와 에탄올에 대한 안정성을 비교하였다. 탈인산화한 전카제인으로 만든 미셀은 천연 전카제인으로 제조한 인공 카제인보다 에탄올에 대한 안정성이 낮았으며, 탈인산화 정도가 클수록 에탄올 안정성이 낮게 나타났다. 탈인산화한 ${\kappa}$-카제인을 사용하여 제조한 인공 카제인 미셀은 탈인산화하지 않은 ${\kappa}$-카제인을 사용한 미셀보다 에탄올에 대한 안정성이 낮았고, 또한 탈인산화가 많이 된 ${\beta}$-카제인으로 만든 미셀계일수록 에탄올 안정성이 낮았다. 탈지유의 에탄올에 대한 안정성은 탈인산화가 많이 될수록 감소하였으나 감소의 폭이 좁은 특징을 보였으며, 합성한 카제인 미셀계는 pH $6.3{\sim}7.2$ 범위에서 pH가 상승함에 따라 에탄을 안정성이 높아져 카제인의 인산기가 미셀의 안정성에 중요한 역할을 함을 시사하였다.
잣을 저장조건을 달리하여 산화양상을 살펴보고 이어 정제단계별로 산화양상에 따른 변화를 살펴보았다. 잣을 $35^{\circ}C$에서 10주간 저장하면서 함유지방질의 산화양상을 살펴본 결과 잣 알갱이 상태는 조직을 마쇄하더라도 지방질로 추출한 상태보다 대단히 높은 산화안정성을 나타내었다. 또한 조지방질은 정제단계를 거칠수록 그 산화안정성이 감소되었으며 정제지방질, 탈검 및 탈산된 지방질, 탈검 탈산 및 탈색된 지방질, 탈검된 지방질, 조지방질 순으로 산화 안정성이 높아졌다. 이것은 정제단계에서 제거된 물질들이 산화 안정성을 증가시키는 요인으로 작용하는 것으로 여겨진다.
본 연구에서는 볶지않은 들깨와 볶은 들깨에서 착유한 들기름에 몇가지 산화방지제를 첨가하여 들기름의 산화안정성을 검토하였다. $190^{\circ}C$에서 20분동안 볶은 들깨와 볶지 않은 들깨에서 착유한 들기름에 ${\alpha}$-토코페롤, ${\delta}$-토코페롤을 100, 200, 300과 400 ppm, BHA, BHT와 TBHQ를 50, 100, 150과 200 ppm으로 농도별로 첨가하여 $50^{\circ}C$에서 저장하면서 과산화물가를 측정하였다. 측정한 과산화물가는 antioxidative index (항산화제를 첨가한 들기름의 유도기간/항산화제를 첨가안한 들기름의 유도기간)로 환산하여 산화적 안정성을 비교하였다. 볶지 않고 착유한 들기름보다 볶은 들깨에서 착유한 들기름의 산화안정성이 뛰어나, 볶음공정이 들기름의 산화안정성에 약 4배 정도 기여하는 것으로 나타났다. 첨가된 토코페롤류는 들기름의 산화를 촉진하였다. 합성산화방지제인 BHA는 산화방지 효과가 없었고, BHT는 미약한 산화방지 효과를 보였다. 그러나 TBHQ는 강한 산화방지 효과를 보였다. 이 결과로 미루어 볼때 TBHQ를 법적 허용 기준치인 200 ppm이내에서 첨가하였을때 들기름의 저장안정성을 약 5배 이상 향상시킬 수 있을 것으로 예상되며, TBHQ가 들기름의 산화 안정성 향상에 가장 적합한 산화방지제로 판단되었다. 또한 볶음조건을 조절함으로써 들기름의 산화안정성에도 기여할 것으로 판단되었다.
Capillary column GLC 및 GCMS를 병용하는 분석방법을 이용하여 식물유 트리글리세리드 분자종과 산화안정성과의 관계를 밝히기 위해서, 규산 컬럼으로 분획한 대두유 트리글리세리드를 모델 시료로 하여 $60^{\circ}C$, 암소에서 저장하면서 산화에 따른 트리글리세리드 각 분자종의 산화안정성을 조사하였다. 대두유 트리글리세리드의 주요 분자종은 LLL(19.6%), OLL(17.4%), PLL(14.2%), OLO(10.2%) 및 PLO(9.4%)이었으며, 트리글리세리드 분자종의 산화안정성은 전반적으로 구성불포차지방산의 이중결합수가 적을 수록 증가하는 경향을 보였다. 그런데 트리글리세리드를 구성하는 불포화지방산들의 이중결합수가 같을 경우는 불포화도가 낮은 지방산이 결합되어 있는 분자종의 산화안정성이 높았고, 또 결합되어 있는 불포화지방산의 이중결합수 및 불포화도가 똑같은 경우에는 공존하고 있는 포화지방산의 acyl의 사슬길이가 짧은 분자종의 산화안정성이 높은 것으로 밝혀져, 식물유 트리글리세리드 분자종의 산화안정성에는 구성불포화지방산의 이중결합수와 불포화도 및 공존하고 있는 포화지방산의 acyl기의 사슬길이가 중요한 영향을 미치는 인자임을 알 수 있었다.
한경오염의 증가에 따라 광촉매 물질을 이용한 환경 정화의 필요성이 대두되고 있다 [1]. 광촉매와 전기화학셀은 빛을 이용하여 다른 에너지를 생산하는 능력을 가지고 있다. 이 전기화학셀의 성능향상을 위해서는 적절한 밴드갭을 이용한 광흡수의 증가, 전자재결합의 감소, 전기화학적 반응 표면의 증가가 필요하다. 산화 아연은 잘 알려진 n형 산화물 반도체로서 좋은 전기적 특성과 광촉매 성능으로 전기화학셀에 적합한 소재이다. 그러나 산화 아연은 액체 전해물질 상에서 안정성이 좋지 못하다 [2]. 이를 해결하기 위해 단층 그래핀 혹은 풀러렌(C60)을 이용하여 산화아연을 코팅하는 방법을 제안하였는데, 풀러렌을 사용 시 단층 그래핀에 비하여 전기화학셀의 전기화학적 반응은 높았으나 안정성은 더 떨어지는 모습을 보였다 [3]. 본 연구에서는 다층 그래핀을 이용하여 전기화학적 반응도 높고 안정성도 높은 산화아연-다층 그래핀 양자점의 합성 및 이를 이용한 전기화학셀 소자의 특성을 연구하였다. X선 회절법, 라만 분광법, 투과 전자 현미경, 광발광 분광기, 시간-분해성 광발광 분광기를 이용하여 산화아연-다층 그래핀 양자점의 특성을 분석하였고, 이를 이용하여 광양극을 제작하여 전기화학적 특성을 관측하였으며 로다민 B 염료를 이용한 분해 테스트를 통하여 광촉매 성능을 확인하였고 사이클 테스트를 통하여 안정성을 확인하였다.
본 실험에서는 물유리를 사용하여 산세척에 의하여 제조된 산화철 입자의 표면개질에 대하여 연구하였다. 사용한 물유리의 $SiO_2$와 $Na_2O$의 몰비($SiO_2/Na_2O$)는 1, 2, 3.5이였다. 첨가되는 실리카의 양과 pH에 따라 산화철 현탁액의 분산성을 입자의 표면하전과 침강속도에 의하여 평가하였다. 그리고, 중성 영역에서 산화철 입자의 분산안정성을 유지할 수 있는 표면개질제(실리카)의 양을 도출하였으며, 물유리에 의한 산화철 입자의 표면개질을 습식 볼밀링에 의하여 슬러리 상태에서 실시하였다. 그 결과, 표면처리한 산화철 현탁액의 분산 안정성은 실리카의 양과 pH에 상호 의존하였다. 미처리한 산화철은 등전점인 pH 8에서 분산안정성을 잃고 있었으나, 산화철에 대하여 약 0.8wt%의 실리카로 표면처리한 산화철은 pH 5 이상 중성영역에서 분산안정성을 나타내었으며, 음이온성 계면활성제를 0.2wt% 이상 첨가에 의한 분산안정성이 더욱 증가되었다.
감손우라늄 폐기물은 칩의 형태로 발생하며 이들은 열적으로 불안정하여 운반 및 저장에 주의를 요하게 된다. 본 연구에서는 감손우라늄 폐기물의 안정한 처리를 위해 공기조절식 산화 장치를 개발하고 장치의 운전에 필요한 기초 자료를 얻기 위해 산화실 험을 수행하였다. 저장 및 처분시 가장 안정한 화합물인 U$_3$O$_{8}$ 으로 변환되는 산화온도는 약 3$25^{\circ}C$ 이상이며 산화속도는 다음과 같다.
현재 합성 산화방지제에 대한 독성에 따른 사용 우려로 인해 천연 산화방지제에 대한 관심이 지속적으로 증가되고 있으나 천연 산화방지제 역시 한정적이다. 따라서 본 연구에서는 쿠민 종자의 에탄올 추출물의 산화 방지 효과와 유지 산화에 대한 산화 안정성을 평가해 보고자 하였다. 산화방지효과를 측정하기 위해 실시한 DPPH 라디칼 소거 활성 결과 0.5 mg/mL에서 73.4% 소거 활성을 보였으며, ABTS 양이온 라디칼 소거 활성 결과 1.0 mg/mL의 농도에서 50.1% 소거하였다. 총 페놀함량의 결과 $61.0{\mu}M$ tannic acid equivalent/g extract, FRAP 환원력 측정의 결과 $429{\mu}M$ ascorbic acid equivalent/g extract로 측정되었다. $100^{\circ}C$에서 9시간 열산화 시킨 옥수수기름에 첨가 후 산화안정성 평가 결과 초기 산화생성물을 측정하는 CDA의 양은 대조군보다 100 ppm의 농도로 첨가한 쿠민 종자 에탄올 추출물 첨가군이 13.4% 적게 생성되었으며, 이차 산화생성물을 측정하는 ${\rho}-AV$는 대조군에 비해 59.1% 적게 생성되었다. 이러한 유지산화 안정성효과는 쿠민 종자 에탄올 추출물에 존재하는 향기성분들에 의해 영향을 미친 것으로 판단된다. 본 연구 결과 쿠민 종자 에탄올 추출물에 존재하는 향기성분에 의해 산화방지와 유지 산화안정성의 우수한 효과를 나타낸 것으로 관찰되었으며 이는 유지가공식품 제조 시 불가피한 합성 산화방지제의 사용을 대체할 수 있는 천연 산화방지제로서의 가능성을 타진한 결과라고 사료된다.
본 연구는 GaN 기반의 전자소자의 표면 패시베이션 방법으로 열산화 공정을 이용한 알루미늄산화막 패시베이션 공정에 대하여 연구하였다. 결정질의 알루미늄산화물은 경도가 크고 화학적으로 안정적이기 때문에 외부 오염에 대한 소자 표면을 효과적으로 보호할 수 있으며, 열적안정성이 뛰어나 공정중 또는 공정 후의 고온 환경에서의 열 손상이 적은 장점을 가진다. 결정질 알루미늄산화막($Al_2O_3$)을 소자 표면에 형성하기 위해서 일반적으로 TMA (trimethlyaluminium)와 오존($O_3$)가스를 이용한 ALD 공정법이 사용되고 있으나 공정 비용이 비싸고 열산화막에 비해 전자 trapping이 많이 발생하여 전자이동도가 저하되는 단점이 있어, 본 연구에서는 열산화 공정을 이용하여 소자의 전기적 특성 저하를 발생시키지 않는 알루미늄산화막 패시베이션을 수행하였다. 실험에 사용된 기판은 AlGaN/GaN 이종접합 구조가 증착된 HEMT 제작용 기판을 사용하였으며 TLM 구조를 제작하여 소자의 채널 면저항 및 절연영역간 누설전류 특성을 확인하였다. TLM 구조가 제작된 샘플 위에 알루미늄을 100 ${\AA}$ 두께로 소자위에 증착하고 $O_2$ 분위기에서 약 $525{\sim}675^{\circ}C$ 온도로 3분간 열처리하여 알루미늄 산화막을 형성한 후 $950^{\circ}C$ 온도로 $N_2$ 분위기에서 30초간 안정화열처리 하여 안정한 알루미늄 산화막 패시베이션을 형성하였다. 알루미늄산화막 패시베이션 후 소자의 절연영역 사이의 누설전류는 패시베이션 전과 비슷한 크기를 나타냈고 패시베이션 후 채널의 면저항이 패시베이션 전에 비해 약 20% 감소한 것을 확인하였다. 또한 패시베이션된 소자와 패시베이션되지않은 소자에 대해 $900^{\circ}C$ 온도로 30초간 열처리한 결과 패시베이션 되지 않은 소자는 74%만큼 채널 면저항이 증가하였으며, 절연영역 누설전류가 다섯오더 크기로 증가한 반면 알루미늄산화막 패시베이션한 소자는 단지 13%의 채널 면저항의 증가를 나타내었고 절연영역 누설전류는 100배 감소한 값을 보여 알루미늄산화막 패시베이션이 소자의 열적 안정성을 향상시키는 것을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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