컴퓨터 하드디스크 윤활제로 사용되고 있는 perfluoropolyether(PFPE) 유도체의 분해특성을 살펴보았다. 특히, 이들의 각기 다른 말단기가 분해특성에 미치는 영향을 중점적으로 고찰하였다. 분해 촉매로 사용된 알루미나 존재하에서 PFPE 유도체의 분해는 열분해와 함께 알루미나와의 화학반응에 의하여 발현된 알루미늄 플로라이드가 루이스 산으로 작용하여 진행되는 루이스 산 분해가 일어남을 알 수 있었다. 화학적으로 다른 PFPE 유도체의 말단기는 루이스 산 분해에 각기 다른 영향을 미치며 이는 말단기들의 전자 donating 능력이 다르기 때문으로 해석할 수 있다. 즉, PFPE 주사슬 내 동일한 반복 단위체를 가지더라도 유도체 말단기의 전자 donating 능력이 강할수록 반복 단위체 내의 아세탈기에 전자밀도가 높아지게 되어 루이스 산에 의한 분자 사슬 절단이 억제됨을 확인하였다.
휘발분 21~57 wt%를 포함하는 17종의 다양한 등급의 석탄에 대하여 $CO_2$ 가스화 반응을 수행하였다. TGA를 이용하여 $CO_2$ 가스화 반응을 실시한 후 열분해 조건($N_2$)에서의 거동과 비교하였다. $N_2$ 분위기에서 온도 증가에 따른 무게 감량은 석탄 내 휘발분 함량에 비례하였고, $CO_2$가스화 반응성도 휘발분 증가에 따라 증가하였으나 열분해 대비 분산된 모습을 보였다. 석탄 내 산소 기능기들은 상대적으로 반응성이 크며, 이에 따라 O/C 비율의 증가는 $CO_2$ 가스화 반응성의 증가로 나타났다. 하지만 H/C 비율 및 가스화 반응의 촉매 역할을 담당할 수 있는 회분의 함량은 $CO_2$ 반응성과 유의할만한 상관관계를 나타내지 않았다. 이러한 반응 특징은 수증기 가스화 반응과 유사하였으며 고정층 반응기에서 얻어진 $CO_2$ 가스화 결과와 일치하였다.
이관능성 에폭시 수지인 DGEBA와 DGEBF를 양이온 촉매인 BQH를 사용하여 전자선(electron-beam) 경화 기술에 의해 경화하였다. 그리고 수지의 구조적 차이가 열안정성과 경화동력학에 미치는 영향을 연구하였다. 실험적 결과에 의하면, Horowitz-Metzger 법에 의한 분해 활성화 에너지는 DGEBA의 경우가 높았지만 적분 열분해 온도(IPDT)는 DGEBA가 DGEBF 보다 낮았다. 이것은 DGEBF 주사슬의 수소 결합으로 인해 가교밀도가 높아졌기 때문인 것으로 사료되며, 근적외선 분광기(NIRS)를 사용하여 $5235\;cm^{-1}$와 $7000\;cm^{-1}$에서의 hydroxyl band의 증가로 확인하였다.
$Ni(NO_3)_2,\;Ni(OH)_2$ 그리고 Mn$(NO_3)_2$를 진공 속에서 열분해시킨 산화니켈, 이산화망간의 비표면적(단위 : $m^2$/g)을 측정하고 각 촉매의 단위 표면적에서 일산화탄소의 산화반응속도를 여러 온도에서 측정하였다. 낮은 압력에서 일산화탄소의 산화반응은 2차 반응에 따르며 각 촉매 표면에서의 산화반응의 활성화에너지는 $Ni(NO_3)_2,\;Ni(OH)_2$로부터 만든 산화니켈에서 각각 12, 17kcal/mole 그리고 이산화망간에서 18kcal/mole을 얻었다. 같은 제법으로 만들어진 산화니켈 촉매도 그것을 처리하는 방법에 따라 아레니우스 파라미터가 서로 다르게 얻어졌는데, 이것은 생성물인 이산화탄소에 의한 반응의 억제효과를 정량적으로 측정하므로써 설명이 가능하였다. 실험적으로 구한 반응차수로부터 가능한 반응메카니즘을 제안하였다.
탄소가 다량 포함된 석탄을 직접탄소연료전지(direct carbon fuel cell, DCFC) 연료로 사용 시 무기물인 회분은 반응 후 남아 접촉계면을 물리적으로 덮어 연료전지 성능을 저하시킨다. 본 연구에서는 회분이 제거된 무회분탄(ash-free coal, AFC)을 제조하고 이를 증기 가스화 촉매와 함께 도입한 후 DCFC 연료로써의 특성을 알아보았다. 고체산화물 연료전지(solid oxide fuel cell, SOFC) 기반의 DCFC에 무회분탄과 가스화 촉매인 탄산칼륨을 연료로 도입한 경우와 무회분탄만을 도입한 경우를 비교하였다. 열분해 반응 조건에서는 두 경우의 전력밀도 차이가 크지 않으나, 증기 가스화 조건에서는 촉매가 도입된 무회분탄이 상대적으로 높은 전력밀도 상승을 나타냈다. 이것은 증기 가스화 반응이 촉매에 의해 활성화되어 더 많은 양의 수소가 생산되었기 때문이다. 촉매 유무에 따른 수소 생성양의 차이를 가스크로마토그래피(gas chromatography, GC)로 정량 분석한 결과, 탄산칼륨첨가는 수소 생산 속도를 증가시킴을 확인하였다. 시간 경과에 따른 전력밀도의 감소는 촉매가 첨가된 연료에서 더 빠르게 나타났는데, 이는 촉매의 칼륨성분이 전해질과 반응하여 이성질 화합물을 형성하기 때문으로 생각된다. 얇은 두께의 전해질(30 ${\mu}m$) 도입에 의해 전력밀도가 향상되었다.
Aspergillus niger #33로부터 RT-PCR 및 PCR방법을 이용하여 epoxide hydrolase (EH)유전자를 클로닝 하고 염기서 열을 분석한 결과 A. niger LCP521 유래의 EB와 85%수준의 유사성을 가지고 있었다. 클로닝된 EH 유전자를 Sacrharomyces cerevisiae에 형질전환 시킨 후 galactose를 inducer로 사용하여 발현시켰다. 유전자 재조합 S. cerevisiae는 라세믹 phenyl oxirane 기질에 대하여 입체선택적 가수분해능이 있음을 확인할 수 있었으며, 이러한 유전자 재조합 EH는 광학활성 에폭사이드 제조를 위한 생촉매로 응용될 수 있을 것이다.
위성체의 보조추진시스템은 임구궤도까지의 궤도진입 및 임무궤도상에서의 속도 또는 자세제어에 필요한 임펄스를 제공한다. 단일하이드라진 추력기는 하이드라진(H$_2$H$_4$)과 자발적 촉매(Shell 405)의 발열 및 흡열 열분해 반응에 의해 발생하는 질소($N_2$), 수소(H$_2$), 암모니아(NH$_3$), 혼합가스를 노즐을 통해 방출하므로써 요구되는 impulse를 얻는다. 단일하이드라진 추력기 설계는 주입기, 촉매대, 노즐과 기타 설계 형태에 따른 다지관, 링, 스크린, 지지판 등의 부수적인 부품으로 구성된다. 추력기 제작 과정은 크게 piece-parts 기계가공, HEA(Head End Assembly)와 TCA(Thrust Chamber Assembly)로 구성되고 각 세부공정마다 전수시험 및 검사를 가진다. 연소시험설비는 최소 모사진 공 수준이 고도 100,000 ft(8.4 torr)를 만족시킬 수 있는 진공설비, 시험제어부, 성능변수 측정 및 처리부, 추진제 가압 공급부, 기타 환경 안전 및 부대 설비로 구성된다. 추력기 연소성능시험 절차는 추진제 충전 및 오염 여부 표본 검사, 가압 및 공급 라인 이상여부 확인, 추력기 장착, 추진제 가압 및 공급, 시험장치 보정, 진공 모사 및 연소성능시험, data 처리 등으로 구성된다.
재료(材料)는 충북대학교 구내에서 생육하는 물오리나무, 상수리나무, 아카시아나무, 은수원시시나무재(材)의 톱밥을 이용하고 촉매제(觸媒劑)는 무기염류(無機鹽類)인 연안(憐安), 유안(硫安), 염안(鹽安) 및 요소(尿素)를 농도별(濃度別)로 처리(處理)하여 건류(乾溜)함으로써 얻어지는 유출생성물(溜出生成物)과 건류탄(乾溜炭)의 생성량(生成量)과 건류탄(乾溜炭)의 품질(品質)에 미치는 발열량(發熱量)을 조사(調査)한 시험(試驗)이다. 1) Holocellulose와 pentosan 함유량이 가장 많은 수종은 은수원사시나무재(材)였으며 촉매제(觸媒劑)로 연안처리(憐安處理)를 한 것이 은수원자시나무 재(材)에서 건류(乾溜) 유출액생성량(溜出液生成量)도 많았다. 2) 촉매제(觸媒劑)의 농도(濃度)가 높을수록 건류(乾溜) 액상생성물량(液狀生成物量)은 감소하였으며 무처리재(無處理材)의 것이 가장 많은 유출액생성량(溜出液生成量)을 보여주고 있다. 3) 건류탄(乾溜炭) 생성량(生成量)은 촉매제(觸媒劑)의 농도(濃度)가 높을수록 증가(增加)하였으며 Lignin 함유량(含有量)이 많은 수종(樹種)일수록 건류탄생성량(乾溜炭生成量)도 많았다. 4) 촉매제(觸媒劑)의 종류(種類)에 의한 건류탄(乾溜炭)의 발열량(發熱量)에는 큰 차이(差異)가 없었으나 촉매제(觸媒劑)의 농도(農度)가 높은 것일수록 발열량(發熱量)은 감소되었다. 그러나 촉매제(觸媒劑)의 종류별(種類別)로 생성(生成)된 건류탄(乾類炭)의 발열량간(發熱量間)에는 유의차(有意差)가 인정(認定)되지 않았다.
기존 Pt/C 전극촉매 제조시 사용되는 Pt를 일정량의 Mn으로 대체하여 PtMn/C 전극촉매를 제조하였다. 환원제로 포름알데히드(HCHO)를 사용하여 화학환원법으로 $Pt_{10}$/C, $Pt_9Mn_1$/C, $Pt_7Mn_3$/C 촉매를 제조하였으며 반쪽 전지(half cell)에서 순환전압전류와 대시간 전류를 측정하였다. $Pt_9Mn_1$/C촉매가 $Pt_{10}$/C, $Pt_7Mn_3$/C촉매보다 높은 산소환원반응(oxygen reduction reaction)을 보였으며 0.9, 0.8, 0.7, 0.6V에서 각각 5분동안 측정한 대 시간 전류측정에서 $Pt_9Mn_1$/C가 $Pt_{10}$/C, $Pt_7Mn_3$/C촉매보다 높은 활성을 나타냈다. 물리적 특성은 XRD, TEM분석을 통하여 알아보았으며 입자의 평균 크기는 $Pt_9Mn_1$/C, $Pt_{10}$/C가 각각 2.7 nm, 3 nm를 나타냈다. XRD분석을 통하여 Pt의 FCC(Face Centered Cubic)결정 구조를 확인할 수 있었다.
기후변화협약에 이은 교토의정서가 발효되면서 온실가스 저감은 세계적인 당면 문제가 되어 있는 가운데 청정개발체제(CDM) 및 공동이행(JI) 등을 통한 배출권 확보가 국가적인 경쟁이 되고 있다. 이산화탄소($CO_2$) 및 메탄가스($CH_4$)와 더불어 대표적인 온실가스의 하나인 $N_2O$는 온난화효과가 $CO_2$에 비해 310배에 이르며 120년의 분해기간이 소요될 만큼 대기 중에서 매우 안정하여 성층권에서 오존층을 파괴하는 물질로 알려져 있다. 또한 $N_2O$는 분해하기가 쉽지 않아 고온 열분해 시키는 방법 외에 $400^{\circ}C$ 이상에서 촉매에 의해 선택적으로 분해시키는 방법이 알려져 있으나 대개 NOx가 같이 존재하여 $N_2O$ 분해를 방해하는 역할을 한다. 본 보문은 국내외의 $N_2O$ 발생원에 대한 내역과 더불어 각종 온실가스 저감사업에 의한 배출권 거래현황과 탄소시장의 성장 및 $N_2O$ 저감사업의 위치, $N_2O$ 촉매 분해에 관한 기술개발의 현황과 방향, 그리고 CDM 사업으로서의 전망 등을 분석 집약하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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