• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권4호
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• pp.512-518
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• 2019

고분자연료전지용 막전극접합체(Membrane Electrode Assembly, MEA)의 저가화 및 고성능화를 위하여 촉매층을 구성하는 촉매와 이오노머의 계면 특성에 대한 이해가 중요한 연구주제가 되고 있다. 본 연구에서는 이오노머의 구조 제어를 위하여 상용 이오노머의 용매로 사용되는 물 대신에 프로필렌글리콜(Propylene Glycol, PG)을 용매로 사용하여 단측쇄(Short Side Chain, SSC) 나피온 이오노머가 분산된 현탁액을 제조하고 이를 이용하여 공기극 촉매층을 제조하여 연료전지 성능 특성을 평가하였다. PG 기반 이오노머의 함량을 20~35 wt%로 증가시키면서 제조된 촉매층의 연료전지 성능은 상용 물 기반 이오노머와는 달리 이오노머 함량이 35 wt%까지 증가함에 따라 성능도 지속적으로 증가하였다. PG 기반 이오노머의 작은 입도와 느린 건조 속도는 균일 구조의 촉매층 형성을 유도하여 수소이온전달에는 효과적이었지만 PG 기반 이오노머 필름의 낮은 산소투과도는 MEA 성능을 저하시키는 주요 문제로서 개선이 필요하였다.

• 공업화학
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• 제22권4호
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• pp.416-422
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• 2011

본 연구에서는 보조계면활성제 첨가가 NP7 비이온 계면활성제, 물, 탄화수소 오일의 3성분으로 이루어진 시스템의 평형 및 동적 거동에 미치는 영향을 살펴보았다. 실험에서 사용한 n-pentanol, n-octanol, n-decanol 등의 보조계면활성제는 모두 소수성 첨가제로 작용하여, 알코올 첨가에 따라 oil in water (O/W) microemulsion (${\mu}E$)이 excess 오일상과 평형을 이루는 2상 영역으로부터 middle-phase ${\mu}E$이 excess water, excess 오일상과 각각 평형을 이루는 3상 영역을 거쳐서 water in oil (W/O) ${\mu}E$이 excess 물상과 평형을 이루는 2상으로 전이되었다. 또한 알코올의 사슬 길이 증가 및 첨가량 증가에 따라 상전이 온도는 감소하였다. O/W ${\mu}E$이 존재하는 조건에서는 비극성 오일의 종류와 상관없이 오일이 계면활성제 마이셀에 의하여 가용화되어 시간에 따라 오일의 크기가 감소하였다. 한편 middle-phase ${\mu}E$를 포함한 3상이 형성되는 조건에서는 매우 낮은 계면장력으로 인하여 오일이 수용액 상에 빠른 속도로 가용화되었고 작은 drop 형태로 유화되었다. 반면에 W/O ${\mu}E$의 2상을 형성하는 조건에서는 과포화로 인하여 일어나는 자발적 유화 현상과 물과 계면활성제의 오일상으로의 확산으로 인한 오일의 크기 증가가 관찰되었다. 비극성 탄화수소 오일과 계면활성제 수용액 사이의 시간에 따른 계면장력 측정 결과는 동적 거동 실험결과와 일치하는 경향을 나타내었다.

• 대한화학회지
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• 제29권5호
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• pp.522-532
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• 1985

CTABr 미셀용액속에서 benzimidazole 및 naphth-2,3-imidazol 음이온($BI^-$ 및$NI^-$)에 의해 추진되는 p-nitrophenyldiphenylphosphate (p-NPDPP)의 탈인산화반응에 대한 속도론적 연구에서 이들 음이온은 친핵체로 작용하며 미셀은 반응을 급격히 촉진시킨다는 연구 결과를 밝힌바이다. 본 연구에서는 $BI^-$의 2위치에 알킬기가 치환된 음이온(R-$BI^-$)들에 의한 탈인산화반응을 다루었다. 미셀 용액속에서 R-$BI^-$에 의해 추진되는 반응은 $BI^-$에 의해 추진되는 반응보다 약 3배 느리게 일어난다. 이러한 속도의 감소효과를 밝히기 위하여 미셀의사층(micellar pseudophase) 내에 존재하는 $BI^-$와 R-$BI^-$의 농도비와 이들에 의해 추진되는 반응의 1차 및 2차 속도상수의 비를 비교하였다. 음이온 농도의 비([R-$B^-$]/[$BI^-$])에 비하여 반응의 1차 속도상수의 비$(k'_{R-BI^-}/k'_{BI^-})가 훨씬 적었다. 예를 들면$5 {\times}10^{-4}$M butyl-BI 용액속에서의 반응에서 농도의 비는 0.430인데 반하여 반응속도의 비는 0.089였다. 이 두 값의 차이(0.0341)는 butyl기의 영향이 70%에 이른다는 계산이 가능하다. 이것은 미셀의사층속에서 R-$BI^-$의 반응성이 그들의 알킬기의 영향으로 말미암아 $BI^-$의 반응성보다 작음을 의미한다. 또한 $10^{-4}$M R-BI 용액에서의 이 반응의 2차 반응속도 상수도 알킬기의 사슬이 길어질수록 미셀 의사층에서 R-$BI^-$에 의해 추진되는 반응이 $BI^-$에 의한 반응보다 현저하게 감소하였다. 예컨대 butyl-BI의 경우 이들의 반응속도의 비$(k_{m(R-BI^-)}/k_{m(BI^-)})$가 약 10배 감소하였다. R-$BI^-$들의 알킬기의 변화에 따른 1차 및 2차 반응속도의 변화를 정밀히 분석하여 다음과 같은 모델을 제시한다. 즉 미셀내에 존재하는 R-$BI^-$의 알킬기는 그들의 소수성과 입체장해 때문에 Stern층내에 자리하지 못하고 미셀의 핵(core)속으로 침투해 들어가게 될 것이며, 그 결과 분자 전체가 자유롭게 움직이지 못하고 한 곳에 고정될 것이다. 따라서 기질(p-NPDPP)과의 충돌빈도(collison frequency)가 감소하게 되고, 이로 말미암아 반응속도가 감소하게 될 것이다. 본인들은 이 효과를 "닻줄 효과"(anchor effect)라 명명하고자 한다. 이 효과는 R-$BI^-$의 알킬기가 길수록 그리고 이들의 농도가 증가할수록 현저하게 증가하였다.

• 대한화학회지
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• 제38권10호
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• pp.753-762
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• 1994

OH-이온이나 o-iodosobenzoate 이온($IB^-$)에 의한 diphenyl- 및 isopropylphenyl-4-nitrophenylphosphinate (DPNPIN or IPNPIN)의 탈인산화반응은 비교적 느리나, CTAX 미셀용액속에서는 매우 촉진된다. 그 이유는 수용액속에서는 친수성인 $OH^-$(또는 $IB^-$)와 소수성인 포스피네이트가 서로 섞일 수 없으나 CTABr 및 CTACl 미셀은 이들 양쪽을 모두 수용할 수 있기 때문이다. 이때 유사 1차속도상수는 미셀의 농도가 증가함에 따라 증가하다가 최대에 이르고 다시 서서히 감소한다. 또한, 기질인 포스피네이트들의 농도가 증가함에 따라 증가하다가 최대에 이르고 다시 서서히 감소한다. 또한, 기질인 포스피네이트들의 농도($6.0{\times}10^{-6}$ M)보다 $OH^-$ 또는 $IB^-$ 등의 친핵체의 농도(> $10^{-3}$ M)가 과량으로 사용되었기 때문에 이들 반응은 유사 1차 반응속도식(kinetics)을 따를 것으로 예상하였으나, 실제 이들 친핵체의 농도의 영향을 받고 있다. 한편, CTABr 용액속에서의 반응과 CTACl 용액속에서의 반응은 같은 모양으로 진행되나, CTACl 용액속에서의 반응이 훨씬 빠르다. 이것은 다 같은 $CTA^+$ 양이온성 미셀이지만, 반대 이온(counter ion)인 $Br^-$과 $Cl^-$의 $OH^-$(또는 $IB^-$)와의 교환 능력의 차이 때문이다. 즉 수화 능력이 큰 $Cl^-$이온이 물층으로 더 쉽게 이행되고, 그로 말미암아 더 많은 $OH^-$(또는 $IB^-$)가 미셀속으로 들어가게 되어 포스피네이트와 더 많이 반응하게 된다. 두 포스포네이트의 탈인산화반응은 DPNPIN이 IPNPIN보다 훨씬 빠르다. 이것은 phenyl기가 덩치가 큰 isopropyl기보다 반응 전이상태에서 입체장해를 덜 주기 때문인 것으로 판단된다. 그리고 IPNPIN의 탈인산화반응에서 $IB^-$이온이 일반염기로 작용하는지 친핵체로 작용하는지를 밝히고자 반응 생성물인 p-nitrophenoxide 이온을 외부에서 가해서 반응속도의 감소 효과를 관찰함으로써, 이 반응이 친핵체의 공격에 의해 진행됨을 밝혔다. 이와 같은 함정 실험(trapping experiment)은 매우 느린 수용액에서의 반응에 비해, 본 연구에서와 같이, 미셀 용액속에서의 빠른 반응에 더욱 효과적이라 판단된다. 아울러 반응속도론적 동위원소효과(kinetic isotope effect)도 관찰하였다.

• 한국지반공학회논문집
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• 제15권2호
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• pp.153-164
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• 1999

계면활성제 수용액에서의 BTEX의 용해도에 대해 첨가제를 포함 또는 불포함한 상태로 평가하였다. 시험대상이 된 음이온성 계면활성제는 SDS이고, 비이온성 계면활성제로는 NEODOL(equation omitted) 25-3과 $SOFTANOL\circledR-90$이 사용되었다. MSR Test에 있어 계면활성제의 HLB수와 BTEX의 1몰당 부피 및 극성에 의한 마이셀/물의 분배 계수와 관련된 영향이 평가되었고 CMC Test등이 진행되었다. 이와 같은 실험을 통하여 ethyl alcohol, hydrotrope, 전해질 용액등의 첨가물질에 의한 최적 염도 조절 및 최적 전해질 조절 등을 통하여 오염물의 용해능 향상을 위한 최적 조작인자의 도출을 꾀하였다. 용해능에 있어 가장 효과적인 것은 $SOFTANOL\circledR-90$으로 나타났는데 이는 $SOFTANOL\circledR-90$의 HLB 수(13.6)가 BTEX의 HLB 수(11.4-12.2)와 유사하기 때문이며, 이는 본 연구에서 실험적으로 검증되었다. $SOFTANOL\circledR-90$에 ethyl alcohol을 첨가할 경우 CMC를 저하시키고 용해도를 향상시켜 시험된 첨가제 중 가장 탁월하였다. 특히 3%의 ethyl alcohol을 첨가하였을 경우 가장 우수한 것으로 나타났다. 실험 결과 계면활성제 수용액에 의한 BTEX의 용해는 CMC 라는 임계농도 이상에서 시작되었고 계면활성제의 농도에 따라 비례적으로 증가하는 양상을 보였다. 계면활성제 수용액에서 micelle phase와 aqueous phase사이에서 BTEX의 분배는 분배계수 $K_m$에 의하여 특성지워진다. 100mM SDS와 117mM $SOFTANOL\circledR-90$의 Log $K_m$은 각각 2.95-3.76, 2.95-3.49의 값을 나타내었다. 또한 SDS와 $SOFTANOL\circledR-90$의 경우 Log $K_m과\; Log\; K_{ow}$는 선형적인 관계를 보였다. 계면활성제 용액에서 BTEX의 분배 개념은 지반내 포집되어 있는 소수성 유기 오염물의 제거를 통한 지반복원과 효율성 평가에 중요한 역할을 할 것이다.