• Korean Chemical Engineering Research
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• 제55권2호
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• pp.258-263
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• 2017

본 연구에서는 글루코스 산화효소(glucose oxidase, GOx), 고분자인 폴리에틸렌이민(polyethyleneimine, PEI), 카본나노튜브(carbon nanotube, CNT)와 벤조퀴논(benzoquinone, BQ)을 이용하여 글루코스 바이오연료전지를 위한 바이오 촉매를 합성하였다. 이를 위해, 지지체인 PEI/CNT 복합체에 BQ를 정전기적 인력을 통해 물리적으로 포집한 뒤, GOx를 담지시켜 합성하였다. 이는 기존에 전자 매개체로서 전해질에 풀어서 사용했던 BQ를 전해질이 아닌 촉매 내에 포집하여 촉매를 구성하였다는 개선점이 크며, 그 결과, BQ가 포집되지 않은 촉매 대비, 1.9배 상승한 $34.16{\mu}A/cm^2$의 최대전류밀도를 얻음을 통해 촉매활성이 개선되었음을 증명하였고, 바이오연료전지의 산화극 촉매로 이용 시, BQ가 포집되지 않은 촉매를 이용한 바이오연료전지에 비해 1.2배 상승한 $0.91mW/cm^2$의 최대출력밀도를 얻었다. 이를 통해 바이오연료전지의 산화극을 위한 촉매로서 GOx와 함께 담지된 매개체 BQ를 포함한 촉매 제조 가능성을 확인하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권4호
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• pp.806-812
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• 2008

귀금속촉매 존재하에서 암모니아 전환반응은 배가스내의 암모니아를 처리하는데 중요한 기술이다. 과잉용액 함침법을 이용하여 $Pt-Rh/Al_2O_3$, $Pt-Rh/TiO_2$, $Pt-Rh/ZrO_2$, $Pt-Pd/Al_2O_3$, $Pd-Rh/Al_2O_3$, $Pd-Rh/TiO_2$, $Pd-Rh/ZrO_2$, $Pt-Pd-Rh/Al_2O_3$, $Pd/Ga-Al_2O_3$, $Rh/Ga-Al_2O_3$, 그리고 $Ru/Ga-Al_2O_3$의 촉매를 제조하였다. 제조된 촉매는 1/4"의 반응기에 $10,000{\sim}50,000hr^{-1}$의 공간속도 조건하에서 촉매활성능 실험을 수행하였다. 암모니아의 초기농도는 2,000 ppm (나머지는 공기)으로 유지하였다. $T_{50}$는 암모니아 전환율이 50%일 때를 나타내는 온도를, $T_{90}$은 90%의 전환율일 때의 온도를 나타낸다. 알루미나를 담지체로 사용했을때의 $T_{50}$와 $T_{90}$은 다른 담체를 사용했을때의 $T_{50}$와 $T_{90}$보다 훨씬 낮았다. Pd-Rh촉매의 경우 $Al_2O_3$를 담체로 사용하였을 때 $ZrO_2$나 $TiO_2$보다 저온 활성이 우수하게 나타났다. 황산화물의 피독실험 결과 본 연구에서는 최종적으로 $Pt-Rh/Al_2O_3$ 촉매가 다른 촉매에 비하여 우수함을 보였다. 실험결과 Pt-Rh가 암모니아 전환공정에서 유용한 촉매라는 사실을 알 수 있다.

• 청정기술
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• 제18권1호
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• pp.95-101
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• 2012

수소생산을 위한 메탄의 부분산화용 촉매로 알루미나에 담지된 코발트와 니켈 촉매를 함침법으로 제조하였다. 이들 코발트와 니켈 촉매에 조촉매 성분 Mg, Ce, La와 Sr을 첨가하여 초촉매 효과를 조사하였다. 메탄의 부분산화반응을 위한 촉매의 활성은 상압, $CH_4/O_2$ = 2.0에서 450~$650^{\circ}C$의 온도영역으로 조사하였다. 촉매의 특성은 BET, XRD와 SEM/EDX를 이용하여 조사하였다. 0.2 wt%의 조촉매 성분의 첨가로 촉매성능의 상승효과를 얻을 수 있었다. $500^{\circ}C$ 이상의 온도에서는 $Co/Al_2O_3$에 Mg을 첨가한 촉매가 가장 우수한 메탄 전환율과 수소 선택성을 나타내었다. 낮은 온도 영역에서는 $Ni/Al_2O_3$에 Ce와 Sr을 첨가한 촉매가 Co계 촉매보다 우수한 반응특성을 나타내었다. $Co/Al_2O_3$와 $Ni/Al_2O_3$에 조촉매를 첨가한 경우 촉매의 표면적이 증가하는 것으로 나타났다.

• 청정기술
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• 제20권1호
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• pp.57-63
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• 2014

본 연구에서는 합성천연가스(synthetic natural gas, SNG)를 생산하기 위한 공정 개발을 위해 $H_2/CO$ 비가 낮은 합성가스를 이용하여 스팀과 함께 메탄화 반응을 수행하였다. 본 실험과 같은 조건에서는 수성가스 전환반응과 메탄화 반응이 동시에 일어나며, 스팀양이 적을 경우 촉매의 비활성화가 발생할 수 있다. 때문에, 스팀 양에 대한 반응특성을 수행하였으며, 더불어 고농도의 $CO_2$가 함유된 합성가스에 대한 메탄화 반응특성도 함께 고찰하였다. 그 결과, 스팀의 공급으로 인하여 촉매 층내의 온도를 낮출 수 있었으며, 메탄화 반응과 수성가스전환반응이 동시에 일어났음을 확인할 수 있었다. 고농도의 $CO_2$가 함유된 합성가스의 메탄화 반응에서는 조금 낮은 메탄 수율을 보였지만, 장기운전(1,000 h) 결과로부터 본 연구에서 수행한 합성가스의 조건을 SNG 공정에 적용이 가능할 것으로 확인되었다.

• 방사성폐기물학회지
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• 제16권4호
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• pp.421-429
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• 2018

본 연구에서는 하이드라진 기조의 환원성 제염제를 이용한 마그네타이트 산화물의 용해를 다루고 있다. 마그네타이트로부터의 Fe(II) 및 Fe(III)의 용해는 protonation, surface complexation 및 reduction에 의해 지배를 받는다. 하이드라진과 황산은 산소결합을 파괴하거나 Fe(III)이온을 Fe(II)이온으로 환원시키기 위한 수소 및 전자를 각각 제공하게 된다. 속도론적 관점에서 보다 효율적인 용해를 위하여 다수의 전이금속의 영향을 분석하여 Cu(II) 이온이 효과적임을 확인한 바 있다. Cu(I) 이온은 Cu(II) 이온으로 산화되는 동안 전자를 방출하여 Fe(III) 이온을 환원시키고 다시 하이드라진에 의해 Cu(I) 이온으로 환원되게 된다. 본 연구를 통해 제염용액에 매우 적은 양의 구리 이온 (약 0.5 mM)을 첨가함에 따라 평균 40% 용해속도가 향상됨을 확인하였고, 특히 특정 조건에서는 70% 이상 용해속도가 향상 됨을 확인하였다. 구리 이온이 하이드라진과 배위결합을 이루는 지에 대해서는 아직 명확하지 않으나, 분명한 것은 $Cu(II)/H^+/N_2H_4$으로 이루어진 제염제는 효과적인 용해성능을 가지고 있다는 것이다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권2호
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• pp.296-303
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• 2021

본 연구의 목적은 저독성 추진제인 ammonium dinitramide (ADN) 기반 액체 추진제 분해용 촉매로서 Cu가 담지된 honeycomb 촉매의 적용 가능성을 고찰하는 것이다. honeycomb 지지체 위에 구리, 란타늄 및 알루미나 혼합물을 wash coating 방법으로 담지하여 Cu-La-Al/honeycomb 촉매를 제조하였다. 금속 담지량이 Cu-La-Al/honeycomb 촉매의 물리·화학적 특성에 미치는 영향을 분석하였으며, ADN 기반 액체 추진제의 저온 분해 성능에 미치는 영향을 고찰하였다. Wash coating의 횟수가 증가할수록 금속의 담지량이 증가하였으며, 활성금속인Cu의 담지량을 4.1 wt%까지 증가시킬 수 있었다. Cu-La-Al/honeycomb 촉매의 BET 표면적은 3.1~4.1 ㎡/g 범위 내에 있었으며, 미세기공은 거의 존재하지않으면서약 20~200 nm 범위의메조기공과거대기공이발달한기공구조를가지고있음을확인하였다. Cu (2.7 wt%)-La-Al/honeycomb 촉매가 ADN 기반 액체 추진제의 분해 반응에서 활성이 가장 뛰어났으며, 그 이유는 표면적과 기공부피가 가장 크고 메조기공과 거대기공이 가장 잘 발달했기 때문으로 해석할 수 있다.

• 청정기술
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• 제27권1호
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• pp.61-68
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• 2021

선택적 촉매 혼합법은 대용량의 화력 발전시스템에서 질소산화물을 제거하는 방법으로 많이 사용되고 있다. 분사된 암모니아와 유입된 배기가스의 균일한 혼합은 촉매 층에서의 탈질 환원 과정에서 매우 중요하다. 본 연구에서는 탈질설비의 암모니아 분사시스템 설계과정에 전산해석 기법을 적용하였다. 적용 모델은 현재 가동되고 있는 800 MW급 석탄 화력 발전소의 탈질설비이다. 유동 해석 범위는 암모니아 분사 시스템 입구에서 촉매 층 후단부이다. 2차원 유동장을 선택하였고 비압축성으로 가정하였다. 상용 소프트웨어인 ANSYS-Fluent를 사용하여 정상 상태의 난류 유동을 해석하였다. 설계 변수로는 암모니아 분사 시스템에서의 노즐 배치 간극과 분사 유량으로 4가지 경우에 대해 결과를 분석하였다. 촉매 층 입구에서의 몰 비에 의한 평균제곱근오차 값을 최적화 변수로 선정하였고 실험계획법을 기반으로 한 최적화 알고리즘을 도입하였다. 노즐 피치와 유량을 동시에 조절한 경우가 유동 균일성 관점에서 가장 우수하였다.

• 한국결정성장학회지
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• 제32권2호
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• pp.77-82
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• 2022

고효율의 수전해 촉매는 낮은 전압에서 빠른 속도로 산화반응이 가능하기에 반응 활성이 높은 촉매설계 및 제조 공정이 필요하다. 현재 귀금속 촉매가 산소 발생 반응 성능에 있어서 우수한 특성을 보여주고 있지만 높은 가격과 낮은 반응성에 의한 효율 한계성으로 인해 상용화에 큰 어려움을 겪고 있다. 최근 귀금속 촉매를 대체하기 위해 저비용/고효율 수전해 촉매 개발연구가 활발하게 진행되고 있는데, 본 연구에서는 가격적인 측면에서 부담이 적고 산소활성 반응이 뛰어난 니켈 금속과 전기전도성이 뛰어난 multi walled carbon nanotube(MWCNT)를 이용하고 pulsed laser ablation in Liquid(PLAL) 공정을 적용하여 MWCNT 구조내에 Ni 을 성공적으로 dopping하여 Ni-MWCNT 촉매를 제작하고자 하였다. High resolution-transmission electron microscopy(HR-TEM) 분석 및 X-ray photoelectron spectroscopy(XPS) 분석을 통하여 개발된 수전해 촉매의 구조 및 화학적 조성을 확인하였으며, 촉매 산소발생반응 평가는 선형 주사 전위법(Linear sweep voltammetry; LSV) 과전압 특성, 타펠 기울기(Tafel slope), 전기화학 임피던스 분광법(Electrochemical impedance spectroscopy; EIS), 순환 전압 전류법(Cyclic voltammetry; CV) 및 Chronoamperometry(CA) 측정법으로 진행하였다.

• 청정기술
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• 제30권2호
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• pp.145-156
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• 2024

탄소는 비표면적이 매우 크고 우수한 화학적 안정성을 지녀 촉매 지지체로 사용한 연구들이 활발히 진행되고 있다. 탄소를 지지체로 사용하는데 있어 전처리 과정은 필수적이다. 전처리를 통해 금속 입자의 성장을 제어해 안정화하고 지지체와 금속 입자 간 결합력을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 표면 개질을 위해 탄소의 전처리를 실시하였으며 이를 촉매 지지체로 사용해 5 wt% Pd/C 촉매를 합성하였다. 제조된 촉매의 활성은 페놀 수소화 반응을 통해 평가되었다. 탄소 전처리 시 일반적으로 사용되는 질산과 비교하고자 유기산을 사용해 탄소 전처리를 진행하였고 이를 지지체로 사용해 촉매를 제조하였다. 글루콘산으로 처리된 촉매는 94.93%의 전환율과 92.76%의 사이클로헥사논 선택도를 나타내 질산으로 처리된 촉매보다 우수한 활성을 나타냈다. 따라서 유기산을 이용한 탄소의 전처리가 무기산 처리의 단점을 개선하는 것뿐만 아니라 촉매 성능 개선에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한환경공학회지
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• 제39권1호
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• pp.9-18
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• 2017

비소는 다양한 유해물질들 중 독성이 가장 크다고 알려져 있으며, 자연발생 또는 인간의 활동으로부터 비소오염이야기될 수 있다. 지하수 내 비소는 환원 환경에서 아비산염, 산화 환경에서 비산염 형태로 존재한다. 아비산염은 비산염보다 독성이 강하고 이동성이 더 크기 때문에 아비산염을 비산염으로 산화시켜 독성을 저감시키기 위한 연구가 많은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 비소로 오염된 지하수로부터 독성이 높은 아비산염을 독성이 낮은 비산염으로 산화시키기 위하여 자외선램프 및 자외선 LED 광원과 침철석 촉매를 이용한 광촉매 산화 공정에 대하여 연구하였다. 광산화 실험에서 광촉매로 사용된 침철석의 투여량이 0.05 g/L일 때 가장 높은 광산화 효율을 나타났다. 또한 광원의 파장별 겉보기 광산화 효율을 비교한 결과, 자외선램프가 자외선 LED에 비하여 아비산염의 산화 효율이 더 높은 것으로 나타났다. 하지만, 자외선 방사량을 기준으로 보정하면, 자외선 LED가 자외선램프보다 광산화 효율이 더 높은 것으로 평가되었다. 본 연구를 통해 침철석 광물이 존재하는 지하수 환경에서 외부로부터 다른 광촉매를 투여하지 않고 친환경적인 광산화 공정을 이용하여 비소의 독성 저감이 가능하다는 것을 알 수 있었다. 또한, 공정 또한 자외선 LED가 자외선램프의 단점을 보완할 수 있는 대체 광원으로 광산화 공정에 활용 가능하다는 것을 확인하였다.