Cho, Youn Kyoung;Kim, Dae Han;Yoon, Hye Soo;Jeong, Bora;Kim, Young Dok
한국진공학회:학술대회논문집
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한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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pp.257-257
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2013
In order to selectively remove oil and organic compound from water, silica nanoparticles with hydrophobic coating was used. Since silica nanoparticles are generally hydrophilic, removal efficiency of oil and organic compound, such as toluene, in water can be decreased due to competitive adsorption with water. In order to increase the removal efficiency of oil and toluene, hydrophobic polydimethylsiloxane (PDMS) was coated on silica nanoparticles in the form of thin film. Hydrophobic property of the PDMS-coated silica nanoparticles and hydrophilic silica nanoparticles were easily confirmed by putting it in the water, hydrophilic particle sinks but hydrophobic particle floats. PDMS coated silica nanoparticles were dispersed on a slide glass with epoxy glue on and the water contact angle on the surface was determined to be over $150^{\circ}$, which is called superhydrophobic. FT-IR spectroscopy was used to check the functional group on silica nanoparticle surface before and after PDMS coating. Then, PDMS coated silica nanoparticles were used to selectively remove oil and toluene from water, respectively. It was demonstrated that PDMS coated nanoaprticles selectively aggregates with oil and toluene in the water and floats in the form of gel and this gel remained floating over 7 days. Furthermore, column filled with hydrophobic PDMS coated silica nanoparticles and hydrophilic porous silica was prepared and tested for simultaneous removal of water-soluble and organic pollutant from water. PDMS coated silica nanoparticles have strong resistibility for water and has affinity for oil and organic compound removal. Therefore PDMS-coated silica nanoparticles can be applied in separating oil or organic solvents from water.
Yang, Jae-Kyoung;Park, Wonhyeong;Ryu, Changseok;Kim, Sun Jung;Kim, Doil;Seo, Gon
Elastomers and Composites
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제55권1호
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pp.26-39
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2020
The physical properties of silica-filled SBR compounds (WSBR) prepared using silica-SBR wet masterbatches (WMB) were systematically investigated to understand the effect of the surface treatment of silica on the reinforcement performance of SBR. Treatment of silica with bis(triethoxysilylpropyl)tetrasulfide (TESPT) in the liquid phase, followed by mixing with an SBR solution and recovery by water stripping, easily produced silica-SBR WMB. However, insufficient surface treatment in terms of the amount and stability of the incorporated TESPT led to considerable silica loss and inevitable TESPT elution. Pretreatment of silica in the gas phase with TESPT and another organic material that enabled the formation of organic networks among the silica particles on the surface provided hydrophobated silica, which could be used to produce silica-SBR WMB, in high yields of above 99%. The amount and type of organic material incorporated into silica greatly influenced the cure characteristics, processability, and tensile and dynamic properties of the WSBR compounds. The TESPT and organic material stably incorporated into silica increased their viscosity, while the organic networks dispersed on the silica surface were highly beneficial for reducing their rolling resistance. Excessive dosing of TESTP induced low viscosity and a high modulus. The presence of connection bonds formed by the reaction of glycidyloxy groups with amine groups on the silica surface resulted in physical entanglement of the rubber chains with the bonds in the WSBR compounds, leading to low rolling resistance without sacrificing the mechanical properties. Mixing of the hydrophobated silica with a rubber solution in the liquid phase improved the silica dispersion of WSBR compounds, as confirmed by their low Payne effect, and preservation of the low modulus enhanced the degree of entanglement.
Suitable techniques to stabilize organic soil and improve its engineering behaviour are in demand. Despite various alternatives, nano-additives proved to be an effective stabilizer owing to their strength enhancing properties. The study focuses on using nano-silica as a potential stabilizer to improve organic silt. Soil was treated with four dosages of nano-silica namely 0.2%, 0.4%, 0.6% and 0.8% of dry weight of the soil. Nano-silica treated soil showed a strength increase of nearly 25% at a dosage of 0.4% after curing for two hours. Strength of the treated soil improved with age. Strength improved by nearly 62.9% after 28 days of curing and 221.4% after 180 days of curing due to formation of Calcium - Silicate - Hydrate (CSH) gel in the soil matrix. Dosage of 0.6% nano-silica is observed to be the optimum dosage. Coefficient of permeability and compression index showed an increase by 13.32 and 5.5 times respectively owing to aggregation of particles and creation of void spaces as visualized from the scanning electron micrographs. Further model foundation study and numerical parametric studies using PLAXIS 2D indicate that optimized and economic results can be obtained by varying the additive dosage with depth.
유기주형(organic template) 입자를 이용하여 소디움실리케이트(sodium silicate)로부터 중공형 실리카(hollow silica) 입자를 제조하였다. 유기주형 입자로는 스티렌 단량체(styrene monomer)로부터 분산중합(dispersion polymerization)에 의해 제조된 폴리스티렌 라텍스(polystyrene latex, PSL) 입자를 사용하였다. 유기주형 입자 제조 시 중합개시제인 2,2'-azobisisobutyronitrile(AIBN)의 주입량을 조절하여 $1{\sim}3{\mu}m$의 크기를 가진 입자를 제조하였다. 생성된 유기주형 입자 표면에 졸-겔(sol-gel)법에 의해 소디움실리케이트로부터 생성된 실리카($SiO_2$) 나노 입자를 코팅하여 PSL/$SiO_2$ 코어-쉘 형태의 입자를 제조하였다. 유기용매인 테트라하이드로푸란(tetrahydrofuran, THF)을 이용하여 코어-쉘 입자 내부의 유기주형을 제거 하였다. 코어-쉘 입자 제조 시 용매의 종류 및 pH의 변화에 따라 생성되는 중공형 실리카 입자의 형상을 조사하였다. PSL/$SiO_2$ 코어-쉘 입자 제조 시 용매를 에탄올에서 물로 변경했을 때 중공형 실리카 입자가 성공적으로 제조되었으며 낮은 pH 값을 갖는 용매에서 쉘 두께가 균일한 중공형 실리카 입자가 형성되었다. 중공형 실리카 입자의 반사도를 측정한 결과 상용 제품(Insuladd)보다 높은 반사 특성을 보여주었다.
It has been observed that water, which is absolutely essential for enzyme activity, can induce the agglomeration of enzyme particles in organic media. Although enzyme agglomeration is significant in that it usually reduces enzyme activity and stability, little attention has been paid to the quantitative analysis of enzyme agglomeration behavior in nonaqueous biocatalytic systems. In this study, the effect of water and silica gel on enzyme agglomeration were investigated using Candida rugosa lipase and cyclohexane as a model enzyme and an organic medium. The extent of enzyme agglomeration was quantified by sieve analysis of freeze-dried agglomerates. Increasing the water content of the medium increased the size of the enzyme agglomerates, and it was found that water produced during the esterification reaction could also promote the agglomeration of enzyme particles suspended in organic media. On the other hand, the size of the enzyme agglomerates was remarkably reduced in the presence of silica gel at the same water content. We also show that this increase in the size of enzyme agglomerates results in lower reaction rates in organic solvents.
Photocurable inorganic-organic hybrid materials were prepared from colloidal-silica nanoparticles synthesized through the solgel process and using acryl resin. The synthesized colloidal-silica nanoparticles had uniform diameters of around 20 nm, and they were organically modified, using methyl and methacryl functional silanes, for efficient hybridization with acryl resin. The organically modified and stabilized colloidal-silica nanoparticles could be homogeneously hybridized with aeryl resin without phase separation. The successfully fabricated hybrid materials exhibit efficient photocurability and simple film formation due to the photopolymerization of the organically modified colloidal-silica nanoparticles and acryl resin upon UV exposure. The fabricated hybrid films exhibit an excellent optical transmission of above 90% in the visible region as well as an enhanced surface smoothness of around 1 nm RMS roughness. In addition, the hybrid films exhibit improved thermal and mechanical characteristics, much better than those of acryl resin. More importantly, these photocurable hybrid materials fabricated through the synergistic combination of colloidal-silica nanoparticles with acryl resin are candidates for optical and electrical applications.
Poly(vinyl pyrrolidone) was used successfully to control the size and distribution of silver nanoparticles generated on inorganic silica nanofibers. The inorganic nanofibers were electro spun using sol-gel chemistry of silicates, and the diameter of the prepared nanofibers was unaffected by adding up to 7% of poly(vinyl pyrrolidone). The silver ions, in the form of silver nitrate, were introduced into the silica nanofibers and reduced to metallic silver by ultraviolet irradiation with a subsequent thermal treatment. The size of the generated silver particles was decreased dramatically by adding poly(vinyl pyrrolidone). The size of the silver nanoparticles was 73 nm when no poly(vinyl pyrrolidone) was added but 23 nm with the addition of only 1% of poly(vinyl pyrrolidone). The extent of reduction could be checked by determining the concentration of silver ions leached into water from the silica nanofibers. After thermal treatment of the silica nanofibers, more than 99% of the silver remained in the nanofibers, indicating almost complete reduction of the silver ions to silver metal.
OMC is essentialiy necessary compound in sun goods as organic UV protecting products. But the skin-trouble problem is raising because of skin penetration of OMC. In this study, non-capsulated pure OMC was compared with Organic-Inorganic-Nano-hybrid OMC for skin penetration force and SPF degree. Organic- Inorganic Nano-Hybrid OMC is OMC trapped in the pore of the mesoporous silica synthesized by the sol-gel method after OMC is nanoemulsified in the system of the hydrogenated Lecithin/ Ethanol/caprylic/capric triglyceride/OMC/water. OMC- nano- emulsion was obtained by a microfluidizing process at 1000bar and then micelle size in the nanoemulsion solution is 100-200nm range. Mesoporous silica nano-hybrid OMC was prepared by the process; surfactant was added in dissolved OMC-Nanoemulsion, then the rod Micelle was formed. OMC-nanoemulsion was capsulated in this rod Micelle and then silica precursor was added in the OMC-nanoemulsion solution. Through the hydrolysis reaction of the silica precursor, mesoporous silica concluding OMC-Nanocapsulation was obtained. The nano-hybrid surface of this OMC-Nanoemulsion-Inorganic system was treated with polyalkyl-silane compound. OMC-Mesoporous silica Nano-hybrids coated with polyalkyl-silane compound show the higher sun protecting factor (SPF Analyzer: INDEX 10-15) than pure OMC and could reduce a skin penetration of OMC. The physico-chemical properties of these nano-hybrids measured on the SPF index, partical size, strcture, specific surface area, pore size, morphology, UV absorption, rate of the OMC dissolution using SPF Analyzer, Laser light scattering system, XRD, BET, SEM, chroma Meter, HPLC, Image analyzer, microfluidizer, UV/VIS. spectrometer.
In this talk, I will briefly review recent results of my group related to application of atomic layer deposition (ALD) for fabricating environmental catalysts and organic solar cells. ALD was used for preparing thin films of TiO2 and NiO on mesporous silica with a mean pore size of 15 nm. Upon depositing TiO2 thin films of TiO2 using ALD, the mesoporous structure of the silica substrate was preserved to some extent. We show that efficiency for removing toluene by adsorption and catalytic oxidation is dependent of mean thickness of TiO2 deposited on silica, i.e., fine tuning of the thickness of thin film using ALD can be beneficial for preparing high-performing adsorbents and oxidation catalysts of volatile organic compound. NiO/silica system prepared by ALD was used for catalysts of chemical conversion of CO2. Here, NiO nanoparticles are well dispersed on silica and confiend in the pore, showing high catalytic activity and stability at 800oC for CO2 reforming of methane reaction. We also used ALD for surface modulation of buffer layers of organic solar cell. TiO2 and ZnO thin films were deposited on wet-chemically prepared ZnO ripple structures, and thin films with mean thickness of ~2 nm showed highest power conversion efficiency of organic solar cell. Moreover, performance of ALD-prepared organic solar cells were shown to be more stable than those without ALD. Thin films of oxides deposited on ZnO ripple buffer layer could heal defect sites of ZnO, which can act as recombination center of electrons and holes.
Studies were performed on preparation of organic-inorganic hybrid silica dye in a dispersing ink system. The silica was subjected to surface modification using 3-aminopropyltrimethoxysilane (APTMS) in order to promote the chemical reactivity of the raw silica. On the surfaces of the aminosilane-functionalised silica, red vinylsulfone-containing azo dye was adsorbed. The dye was found to have chemically reacted with the aminosilane-grafted silica surface, which was proven by FT-IR spectra. Studies on morphology and microstructure were performed employing scanning electron microscopy. The SEM micrographs and particle size distributions showed that a homogeneous pigment can be obtained employing silica as a core. Particle size distribution was also examined using the technique of dynamic light scattering. The ensuing pigment was subjected to various physicochemical evaluation such as inkjet property, storage stability, color change as inkjet ink using printer, spectrophotometric, microscopic techniques. Studies on hybrid dyes from the silica surface demonstrated that, in general, stable pigments for inkjet dispersion ink were obtained.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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