• Korean Chemical Engineering Research
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• 제44권4호
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• pp.410-416
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• 2006

원자력 열을 이용한 요오드-황 열화학 수소 제조 사이클에서 분젠 공정 부분의 고효율 운전을 목적으로 2 액상(황산 상과 $HI_x$ 상)으로의 분리 및 $H_2O$의 분배를 위한 $H_2SO_4-HI-H_2-O-I_2$ 혼합 계의 공정 특성을 연구하였다. 공정 변수 실험은 298~353 K의 온도 범위와 $H_2SO_4/HI/H_2O/I_2=1/2/14{\sim}20/0.5{\sim}8.0$의 몰 조성 범위에서 수행했다. 결과로서, $SO_2-I_2-H_2O$ 분젠 반응계를 위하여 계산에 의해 2 액상으로 분리되는 분리점 및 포화점의 사이의 범위를 결정하였다. 각상내 불순물들(황산 상내 HI 및 $I_2$ 그리고 $HI_x$ 상내 $H_2SO_4$)이 최소화되는 최적의 결과는 가장 높은 온도인 353 K와 가장 높은 $I_2$ 몰 농도에서 얻을 수 있었다. 이 조건에서 황산 상을 위한 $HI/H_2SO_4$와 $HI_x$ 상을 위한 $H_2SO_4/HI_x$ 몰 비율은 각각 0.024와 0.028였다. 각 상으로 $H_2O$의 분배를 위하여 $HI_x$와 $H_2O$ 사이의 친화력이 $H_2SO_4$와 $H_2O$ 사이의 친화력보다 우세한 것으로 나타났으며, $HI_x$와 $H_2O$ 사이의 친화력은 온도 증가에 따라 감소하고 $I_2$ 몰 농도에 따라 증가했다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제43권6호
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• pp.751-755
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• 2005

화석연료의 연소에 의해 발생하는 연소배가스에 포함된 이산화탄소는 대표적인 온실 가스로 알려졌으며 지구 온난화를 방지하기 위하여 다양한 제거 및 활용 기술에 대한 연구가 진행되고 있다. 본 연구는 연소배가스에서 분리된 이산화탄소를 마그네타이트 분말을 이용하여 재활용하기 위한 방안을 찾기 위한 노력의 일환으로 수행하였다. $FeSO_4{\cdot}7H_2O$와 NaOH 수용액을 혼합하여 알칼리도를 달리하고 산화제를 달리한 다음 합성온도를 50, 80, 90, $100^{\circ}C$로 하여 마그네타이트 분말을 제조하였으며 XRD와 SEM을 이용하여 분석하였다. 산성 영역보다 염기성 영역 그리고 합성온도가 높을수록 높은 결정성을 갖는 입방정(cubic) 형태의 스핀넬 타입 마그네타이트 분말이 합성되었다. TGA를 이용하여 합성된 분말의 수소에 의한 환원 및 이산화탄소 흡수에 의한 산화특성을 연구하였다. 그 결과, 낮은 합성온도와 산성영역에서는 입방정 형태를 갖는 분말이 생성되지 않았으며 대부분 무정형의 상만이 존재하였다. 그러나 합성온도가 높고 염기성 영역으로 갈수록 높은 결정성과 입방정 형태를 갖는 입자가 나타났다. 또한, 반응 시 산화제로 산소와 공기를 사용한 경우와 질소를 사용한 경우를 비교하였을 때, 산소 함량이 높을수록 우수한 결정성을 갖는 분말이 합성되었다. 합성된 분말을 사용하여 Redox 반응을 수행한 결과, $400^{\circ}C$ 이하에서는 수소에 의한 환원과 이산화탄소 흡수에 의한 산화 반응이 거의 일어나지 않았으나, $500^{\circ}C$에서는 환원 및 산화 반응이 잘 이루어졌다. 특히, 산소를 산화제로 사용하고 염기성영역(NaOH에 대한 $FeSO_4{\cdot}7H_2O$의 몰랄농도비=2.0)에서 $100^{\circ}C$로 합성한 분말이 반응온도 $500^{\circ}C$에서 가장 높은 27.15 wt％의 환원량과 26.75 wt％의 산화량을 보였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제45권5호
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• pp.466-472
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• 2007

웨이퍼 레벨(WL) 3차원(3D) 집적을 구현하기 위해 저유전체 고분자를 본딩 접착제로 이용한 웨이퍼 본딩과, 적층된 웨이퍼간 전기배선 형성을 위해 구리 다마신(damascene) 공정을 사용하는 방법을 소개한다. 이러한 방법을 이용하여 웨이퍼 레벨 3차원 칩의 특성 평가를 위해 적층된 웨이퍼간 3차원 비아(via) 고리 구조를 제작하고, 그 구조의 기계적, 전기적 특성을 연속적으로 연결된 서로 다른 크기의 비아를 통해 평가하였다. 또한, 웨이퍼간 적층을 위해 필수적인 저유전체 고분자 수지를 이용한 웨이퍼 본딩 공정의 다음과 같은 특성 평가를 수행하였다. (1) 광학 검사에 의한 본딩된 영역의 정도 평가, (2) 면도날(razor blade) 시험에 의한 본딩된 웨이퍼들의 정성적인 본딩 결합력 평가, (3) 4-점 굽힘시험(four point bending test)에 의한 본딩된 웨이퍼들의 정량적인 본딩 결합력 평가. 본 연구를 위해 4가지의 서로 다른 저유전체 고분자인 benzocyclobutene(BCB), Flare, methylsilsesquioxane(MSSQ) 그리고 parylene-N을 선정하여 웨이퍼 본딩용 수지에 대한 적합성을 검토하였고, 상기 평가 과정을 거쳐 BCB와 Flare를 1차적인 본딩용 수지로 선정하였다. 한편 BCB와 Flare를 비교해 본 결과, Flare를 이용하여 본딩된 웨이퍼들이 BCB를 이용하여 본딩된 웨이퍼보다 더 높은 본딩 결합력을 보여주지만, BCB를 이용해 본딩된 웨이퍼들은 여전히 칩 back-end-of-the-line (BEOL) 공정조건에 부합되는 본딩 결합력을 가지는 동시에 동공이 거의 없는 100%에 가까운 본딩 영역을 재현성있게 보여주기 때문에 본 연구에서는 BCB가 본딩용 수지로 더 적합하다고 판단하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제45권5호
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• pp.515-522
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• 2007

본 연구에서는 가상의 "흑곰-HY" 가스전을 대상으로 상용저류전산시뮬레이터인 "ECLIPSE 300"을 사용하여 가스저장전으로 전환에 대비한 기술적 타당성을 평가하고자 하였다. 이 저류층의 매장량은 143 BCF로서 소규모 가스전이며, 공극률과 투과도는 각각 19.5%와 50 md로 가스의 순환이 원활이 이루어질 수 있는 비교적 양호한 저류층이다. 이 저류층에 대하여 가스저장전으로의 전환시 핵심적 검토항목인 쿠션가스 양, 저장전으로의 전환시점, 운영사이클 변경, 가스정의 수 및 수평정 적용 가능성 등에 대한 분석을 수행하였다. 분석결과, "흑곰-HY" 가스저장전에서 안정적인 가스저장을 위해서는 쿠션가스가 최소한 50% 이상이 되어야 함을 알 수 있었다. 또한 가스를 더 오랜기간동안 생산하기 위해 잔류가스를 적정 쿠션가스 양보다 적게 남겨두어도 추가로 쿠션가스만 주입하면 기술적으로는 아무 문제가 없는 것으로 나타났다. 한편, 가스를 5개월 대신 동절기 3개월간만 재생산하는 운영사이클의 경우에는 쿠션가스를 60% 이상으로 높여주거나 가스정의 수를 늘려야만 재생산이 가능한 것으로 나타났다. 가스정의 수에 대한 분석결과에서는 6개와 8개인 경우에는 저류층내 잔류가스가 증가하여 정상적인 재생산이 불가능하므로 "흑곰-HY" 가스전에서는 최소 10개의 수직가스정이 운영되어야 함을 알 수 있었다. 이에 반해 2개의 기존 수직정에 3개의 수평정을 추가로 시추하게 되면 비교적 안정적인 주입과 재생산이 가능한 것으로 산출되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권4호
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• pp.533-542
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• 2016

Lab-scale 기포유동층 반응기(D=0.1 m, H=1.5 m)에서 왕겨와 모래를 혼합하여 가스화를 통해 합성가스를 얻고 남은 왕겨 회재는 고부가가치 물질로 사용하기 위한 연구의 선행연구로서 왕겨/유동사/왕겨 회재(실리카)의 혼합 및 유동 특성을 규명하였다. 왕겨/유동사를 5:95, 10:90, 20:80, 30:70의 부피비로 유속 범위(0~0.63 m/s)조건으로 수행하였으며, 또한 왕겨 회재는 왕겨를 기준으로 부피비 6%로 결정하였다. 왕겨/유동사, 왕겨/유동사/왕겨 회재의 혼합실험을 통해 왕겨 부피비 0%, 5%, 10%에서는 최소유동화속도가 0.19~0.21m/s임을 확인하였고, 20%일때는 0.3m/s로 증가하였으며, 30%일때는 분리현상이 나타나 최소유동화속도가 측정 되지 않았다. 또한, 실험데이터에 따라 Brereton과 Grace의 mixing index를 이용하여 각 조건 별로 mixing index값을 도출한 결과 왕겨/유동사의 혼합은 0.8~1, 왕겨/유동사/왕겨 회재의 혼합은 0.88~1 사이임을 확인하였다. 이를 통하여 왕겨/유동사의 혼합과 왕겨/유동사/왕겨 회재 혼합의 최적 조업조건을 도출할 수 있었으며, 운전조건을 결정할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권1호
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• pp.75-82
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• 2011

본 연구에서는 스테인레스 스틸(stainless steel)의 표면 코팅용 광경화 필름 개발을 위하여 isophorone diisocyanate (IPDI), polycaprolactone triol(PCLT), 2-hydroxyethyl acrylate(HEA), 그리고, 희석제로서 trimethylolpropane triacrylate (TMPTA)와 acrylic acid(AA)의 첨가비율을 달리한 광경화형 poly(urethane acrylate-co-acrylic acid)(PU-co-AA) 필름을 성공적으로 제조하였으며, 제조한 PU-co-AA 필름의 모폴로지, 접착특성, 기계적 특성, 전기적 특성 등에 대한 AA 첨가량의 영향을 조사하였다. 모든 PU-co-AA 필름은 비정형 구조를 나타내었으나, AA의 함량이 증가할수록 분자 규칙 및 패킹밀도는 감소하였다. 접착특성은 AA 함량 50% 이상에서는 접착력 5B 수준으로 스테인레스 스틸에 대한 우수한 접착특성을 나타내었으며, AA 함유량이 0%에서 66%까지 증가함에 따라 Pull-off strength법 접착력은 6~31 $kg_f/cm^2$ 로 선형적으로 증가하였다. 광경화 폴리우레탄 아크릴레이트의 접착력을 증가시키기 위한 유연한 사슬구조와 2관능기를 가진 AA의 도입은 다관능기의 TMPTA의 높은 가교밀도를 줄임으로써 효과적인 것을 확인할 수 있었으며, AA 함량이 증가함에 따라 접촉각의 감소와 젖음성의 향상을 확인하였다. 한편, 유연한 사슬 및 곁사슬 -COOH를 가진 AA의 도입은 규칙성 및 패킹밀도의 감소를 나타내며, 이는 PU-co-AA 필름의 경도 저하를 나타내며, 또한 AA의 분자 내의 작용기 -COOH는 고분자 필름 내의 분극현상을 증가시킴으로써 유전상수의 증가 경향을 나타내었다. 결론적으로 PU-co-AA 필름의 물리적 특성은 첨가한 AA의 함량에 크게 의존함을 확인할 수 있었다. 또한, 광경화 폴리우레탄 아크릴레이트에 아크릴산 AA의 도입은 사슬의 유연성 증가와 가교밀도의 감소 영향으로 스테인레스 스틸과의 접착력을 향상시키는데 매우 효과적인 방법임을 확인할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제47권3호
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• pp.349-354
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• 2009

본 연구에서는 전력연구원으로부터 공급받은 K-계열 건식흡수제를 이용하여 회분식 기포유동층 반응기에서 흡수-재생 반복실험을 통한 $H_2O$ 주입농도 및 재생온도에 따른 반응 특성을 살펴보았다. K-계열 건식흡수제는 $CO_2$ 흡수를 위한 탄산칼륨과 내마모성과 기계적 강도를 위한 지지체로 구성되어 있다. 흡수반응과 재생반응 특성을 살펴보기 위해 처음 한 시간 동안 흡수반응을 수행하고 다음 한 시간 동안 재생반응을 수행하는 과정을 3차례 반복하여 실험하였다. $H_2O$ 농도의 영향을 파악하기 위해서 흡수반응은 $70^{\circ}C$에서 $H_2O$ 농도를 7.3, 12.2, 19.7, 30.8%로 변화하여 실험을 수행하였으며 재생반응은 $N_2$ 기체를 유동화기체로 사용하여 $150^{\circ}C$에서 수행하였다. 재생온도의 영향을 파악하기 위해서는 흡수반응에서의 $H_2O$ 농도를 12.2%에 고정한 상태에서 재생온도를 150, 200, 300, $400^{\circ}C$로 변화하여 실험을 수행하였다. 수분 함량이 $1.97\;mol\;H_2O/mol\;CO_2$인 경우 흡수반응에서 흡수율이 가장 우수함을 확인하였다. 또한 재생온도가 $400^{\circ}C$에서 가장 높은 재생율을 보이는 것을 확인하였다. 재생온도가 $150^{\circ}C$에서 재생율은 대략 60% 정도였으며 실제 두개의 유동층 반응기를 가진 연속장치의 경우 부분적인 재생을 유지하면서 운전이 수행되기 때문에 재생온도는 $150^{\circ}C$ 이상이면 적절하다고 판단된다. 실제 연속운전에서는 적절한 고체순환량을 결정하는 고체이용율과 재생에너지를 결정하는 재생온도 사이에 절충점이 존재하며 본 실험에서 얻은 데이터가 연속장치의 설계와 운전에 중요한 기초자료가 될 것이다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권6호
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• pp.766-773
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• 2013

본 연구에서는 물리적 강도가 뛰어나고 고온에서 안정하며 유연한 친환경 소재인 박테리아 셀룰로오스를 기반으로 투명 전도성막을 제조하였다. 전기전도성의 확보를 위해 은나노와이어(AgNW)와 그래핀을 도입하였다. 합성한 AgNW는 평균적으로 길이 약 $15{\mu}m$, 폭 약 70 nm로 종횡비 214이었다. 종횡비가 클수록 접촉저항을 낮추어 전도성을 개선시키게 된다. 총 7가지의 막을 제조하고 열적 및 전기적 물성을 조사하였다. 또 전도성막으로 제조하기 위해서 BC막을 칼로 길이 2 mm, 깊이 $50{\mu}m$ 간격으로 홈을 파서 직교상의 그물모양을 형성한 후 이 홈에 AgNW와 그래핀을 채워 넣었다. 대표적으로 AgNW 첨가막은 두께 $350{\mu}m$, 전자농도 $1.53{\times}10^{19}/cm^3$, 전자이동도 $6.63{\times}10^5cm^2/Vs$, 비저항 $0.28{\Omega}{\cdot}cm$로 가장 우수한 전기적 특성을 지닌 것으로 평가되었다. 또한 그래핀 첨가막은 두께 $360{\mu}m$, 전자농도 $7.74{\times}10^{17}/cm^3$, 전자이동도 $0.17cm^2/Vs$, 비저항 $4.78{\Omega}{\cdot}cm$이었다. 550 nm 광투과는 AgNW 첨가막 98.1%, 그래핀 첨가막 80.9%로 투명한 전도성 막이 형성되었다. 모든 막이 평면과 휜 상태에서 LED 점등 실험에서 전구의 밝기에 차이가 있었으나 불이 켜졌다. $150{\pm}5^{\circ}C$의 열판에서 박테리아 셀룰로오스 막은 형태가 매우 안정하였으나 같은 두께의 PET는 형태가 심하게 변형되었다. 이러한 연구 결과를 통해 박테리아 셀룰로오스 기반의 투명전도성막을 제조할 수 있는 가능성을 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제58권2호
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• pp.235-247
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• 2020

Sulfur-Iodine cycle (SI cycle)은 요오드와 황을 첨가하여 최종적으로 물을 열화학적으로 분해하여 산소와 수소를 생산하는 공정으로 황산분해, 요오드화 수소 분해, 분젠반응 등 세가지 반응들로 이루어져 있다. 분젠 반응은 두가지 공정 중간에 존재하므로 두 반응에 필요한 화학물을 조달하는 역할로 이에 대한 상분리 및 반응기에 대한 분석이 중요하다. 본 연구에서는 50 L/hr 수소를 생산하는 pilot scale의 Sulfur-Iodine Cycle 중 분젠 공정에 대한 모사, 민감도 분석, 민감도 분석을 토대로한 각각 상분리기와 분젠 반응기에 대한 최적 조건을 제시하였다. 열역학 물성치의 계산을 위해 Electrolyte Non-Random Two Liquid (ELECNRTL) model 사용하였다. 모델에 대한 신뢰도 확보를 위해서 실제 pilot scale의 공정 데이터와 검증을 수행하였다. 반응기의 종류를 선정하기 위해 Continuous Stirred Tank Reactor (CSTR)과 Plug Flow Reactor (PFR) 동일한 온도 및 부피 변화에서 SO₂ 전환율을 비교하였다. 상분리기 선정을 위해 3상 분리 시스템(기체-액체-액체)과 액체-기체 분리 후 액체-액체 구조에서 H₂SO₄ 상과 HI_X 상에서의 불순물들을 비교하였다. PFR에서 온도, 지름, 길이를 결정 변수로 SO₂ 전환율을 최대화 하기 위한 최적화를 수행하였는데, 온도 121 ℃와 PFR의 지름이 0.20 m 및 길이 7.6 m 일 때 SO₂ 전환율이 98% 최적 결과임을 확인하였다. 기존 pilot scale과 동일한 운전 조건 하에 PFR의 지름 3/8 inch, 길이 3.0 m, 120 ℃ 일 때 인입 몰량인 I₂ 및 H₂O를 결정 변수로 SO₂ 전환율에 대한 최적화를 수행하였을 때, SO₂ 전환율이 10% 일때 H₂O 및 I₂ 의 인입 몰량은 각각 17%와 22%로 감소하였다. 앞선 조업 조건 최적화 조건 (121 ℃, 지름 0.20 m, 길이: 7.6 m) 경우에는 SO₂ 전환율이 98% 일 때 H₂O가 1% 그리고 I₂가 7% 감소하였다. 상분리기에서 HI_X 상내 H₂SO₄ 최소화하는 목적함수에서 그에 상응하는 온도, I₂와 H₂O를 결정 변수로 설정하였을 때, H₂O 몰량이 기존공정보다 17% 감소하고 I₂ 몰량이 24% 감소하였을 때 최소 불순물이 생성하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제58권2호
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• pp.197-208
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• 2020

본 연구에서는 발병 횟수가 빠르게 증가하고 있는 벡터매개질병(vector-borne disease) 중 하나인 쯔쯔가무시증의 발병 특성을 공간적 그리고 시간적으로 분석하고 기후변화 시나리오에 따른 미래 발병 특성을 예측하였다. 쯔쯔가무시증의 공간적 분포와 발병률을 예측하기 위하여 환경 그리고 사회 변수의 공간적 특성을 이용하여 maximum entropy(MaxEnt) 생태 모델을 구성하고, 주요 변수의 쯔쯔가무시증 발병에 관한 상관관계를 분석하였다. 공간 특성 중 환경변수인 고도 및 기온이 주요한 변수로 분석되었으며, 이는 쯔쯔가무시증의 매개체인 털진드기의 생육 환경과 주요 관련이 있는 것으로 나타났다. 쯔쯔가무시증의 시간적 발병 횟수는 심층 인공 신경망 모델기반 예측을 하였으며, 특히 쯔쯔가무시증의 주요 특성인 지연 효과를 고려하여 모델을 구성하였다. 심층 인공 신경망을 이용한 예측 결과 여름철의 기온, 강우량, 그리고 습도가 털진드기의 활동에 주된 관련이 있으며 가을철의 쯔쯔가무시증 발병 횟수에 영향을 끼치는 것으로 확인 되었다. 또한, 기존 통계적 예측 모델과 비교하였을 때, 심층 인공 신경망 기반 예측 모델의 예측 정확성이 우수함을 확인하였다. 공간적 그리고 시간적 모델에 기후 변화 시나리오를 이용하여 2040년의 쯔쯔가무시증 발병 특성을 예측한 결과, 최대 발병률이 8% 증가, 발병률이 높은 지역이 9% 확대, 그리고 주된 발병 기간이 2개월 증가하였다. 본 연구 결과를 통해 쯔쯔가무시증의 공간적 및 시간적 발병 특성 분석을 통하여, 공중보건 측면에서 벡터매개 질병 발병 요인 규명을 통해 주민 건강을 위한 질병 관리 및 예측에 기여할 수 있을 것으로 기대한다.