• Carbon letters
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• 제18권
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• pp.56-61
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• 2016

Cellulose fibers were stabilized by treatment with an electron-beam (E-beam). The properties of the stabilized fibers were analyzed by scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and thermogravimetric analysis. The E-beam-stabilized cellulose fibers were carbonized in N₂ gas at 800℃ for 1 h, and their carbonization yields were measured. The structure of the cellulose fibers was determined to have changed to hemicellulose and cross-linked cellulose as a result of the E-beam stabilization. The hemicellulose decreased the initial decomposition temperature, and the cross-linked bonds increased the carbonization yield of the cellulose fibers. Increasing the absorbed E-beam dose to 1500 kGy increased the carbonization yield of the cellulose-based carbon fiber by 27.5% upon exposure compared to untreated cellulose fibers.

• 공업화학
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• 제35권4호
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• pp.352-359
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• 2024

Environmental pollution from heavy metal ions (HMIs) is a global concern. Recently, biosorption methods using cellulose sorbents have gained popularity. The objective of this study was to assess the removal efficiency of Cu(II), Pb(II), and Hg(II) ions at low concentration levels (100-700 ppb) from aqueous solutions using three different cellulose fiber-based filter media. Sample A was pure cellulose fiber, Sample B was 10% activated carbon-cellulose fiber, and Sample C was cellulose fiber-glass fiber-30% activated carbon-20% amorphous titanium silicate (ATS). The samples were characterized by several physicochemical techniques. The porosity measurements using N₂ sorption isotherms revealed that Samples A and B are nonporous or macroporous materials, whereas the addition of 50% filler materials into the cellulose resulted in a microporous material. The Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area and pore volume of Sample C were found to be 320.34 m²/g and 0.162 cm³/g, respectively. The single ion batch adsorption experiments reveal that at 700 ppb initial metal ion concentration, Sample A had removal efficiencies of 7.5, 11.5, and 13.7% for Cu(II), Pb(II), and Hg(II) ions, respectively. Sample B effectively eliminated 99.6% of Cu(II) ions compared to Pb(II) (14.2%) and Hg(II) (31.9%) ions. Cu(II) (99.37%) and Pb(II) (96.3%) ions are more efficiently removed by Sample C than Hg(II) (68.2%) ions. The X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) wild survey spectrum revealed the presence of Cu(II), Pb(II), and Hg(II) ions in HMI-adsorbed filter media. The high-resolution C1s spectra of Samples A and B reveal the presence of -C-OH and -COOH groups on their surface, which are essential for HMIs adsorption via complexation reactions. Additionally, the ATS in Sample C facilitates the adsorption of Pb(II) and Hg(II) ions through ion exchange.

• Carbon letters
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• 제12권3호
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• pp.131-137
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• 2011

Kenaf fibers, cellulose-based natural fibers, were used as precursor for preparing kenafbased carbon fibers. The effects of carbonization temperature ($700^{\circ}C$ to $1100^{\circ}C$) and chemical pre-treatment (NaOH and $NH_4Cl$) at various concentrations on the thermal change, chemical composition and fiber morphology of kenaf-based carbon fibers were investigated. Remarkable weight loss and longitudinal shrinkage were found to occur during the thermal conversion from kenaf precursor to kenaf-based carbon fiber, depending on the carbonization temperature. It was noted that the alkali pre-treatment of kenaf with NaOH played a role in reducing the weight loss and the longitudinal shrinkage and also in increasing the carbon content of kenaf-based carbon fibers. The number and size of the cells and the fiber diameter were reduced with increasing carbonization temperature. Morphological observations implied that the micrometer-sized cells were combined or fused and then re-organized with the neighboring cells during the carbonization process. By the pre-treatment of kenaf with 10 and 15 wt% NaOH solutions and the subsequent carbonization process, the inner cells completely disappeared through the transverse direction of the kenaf fiber, resulting in the fiber densification. It was noticeable that the alkali pre-treatment of the kenaf fibers prior to carbonization contributed to the forming of kenaf-based carbon fibers.

• 한국추진공학회지
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• 제23권5호
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• pp.36-42
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• 2019

본 연구에서는 리오셀 섬유를 사용하여 탄소직물을 제조함에 있어, 인계 난연제인 Phosphoric Acid(PA)와 가교제인 Melamine resin (MR)을 사용하여 섬유의 전처리를 수행하고 TGA, FT-IR, XRD, 중량 분석을 통하여 물리적, 화학적 구조 변화에 대하여 고찰하였다. 전처리를 통하여 내염화 및 흑연화된 직물의 경우 미처리 직물과 비교하여 중량 수율이 14.7%, 직물 폭과 길이의 수율이 각각 15%, 15.5% 증가함을 확인하였다. 이러한 결과는 셀룰로오스의 탈수반응을 촉진과 함께 섬유 표면에 char를 형성하고, 셀룰로오스 분자 내의 가교반응을 유도하여 내염화 시 안정한 구조 형성에 의한 효과로 설명할 수 있다.

• 신재생에너지
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• 제4권4호
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• pp.50-55
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• 2008

Recently, sea algae cultivation as carbon sink and carbon dioxide fixation have been considered. Also, various researches on bioenergy derived from sea algae and the utilization of fibers, saccharide, and lipid of sea algae have been performing. Till now, algae fibers has been used for manufacturing of paper and reinforcing of polymer composites and the extracts of sea algae are used for cosmetics, pharmaceutical materials and food such as agar. Especially, algae fiber has so similar properties to cellulose in terms of crystallinity and functional groups that it can be utilized as reinforcements of biocomposites. Biocomposites as alternatives of glass fiber reinforced polymer composites are environmentally friendly polymer composites reinforced with natural fibers and are actively applying to the automobiles and construction industries. In this paper, characteristics of algae fiber and biocomposites reinforced with algae fiber as environmentally friendly energy materials have been introduced.

• 한국안전학회지
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• 제31권1호
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• pp.66-73
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• 2016

Lyocell fibers were used as a precursor in order to improve yield and strength of cellulose-based precursor while manufacturing activated carbon fiber(ACF). Lyocell fibers as a precursor for the preparation of ACF were surface-modified by reaction with 3-aminopropyltriethoxysilane(APTES) and pre-treated with KOH and H3PO4. Using aforementioned precursor, ACFs were prepared by a series of stabilization, carbonization and activation process at high temperatures. On each process, FT-IR, TGA, UTM and SEM were used to observe fibers' physical properties including structure and porous surfaces. FT-IR results proved that surface modification was achieved during stabilization, carbonization and activation process. TGA results during carbonization process found that surface modified fibers with APTES 0.02 mol(A2) showed higher thermostability, and extended pre-treatment increased yield. Especially, yield was found to have an increase of 10~20 wt% with surface modification during activation process. UTM results showed that tensile strength has the same order of concentration of APTES after surface modification, however, was found to show lower tensile strength than lyocell fibers after stabilization process. SEM results revealed that more homogeneous porosity control could be proceed after modifying the surface for the effective removal of hazardous substances.

• 한국추진공학회지
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• 제23권6호
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• pp.21-27
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• 2019

우주 항공용 노즐에 사용되는 셀룰로오스계 탄소 직물은 낮은 열전도도, 높은 내삭마 특성을 가지고 있다. 그러나 내염화 및 흑연화 공정에서 70~90% 중량이 감소하여 최종 탄소 직물 제조 시 수율이 낮은 단점이 있다. 본 연구에서는 리오셀 직물에 인계난연제로 인산(Phosphoric acid), 가교제로 시트르산(Citric acid)을 사용하여 전처리한 후 FT-IR, XRD, TGA 분석을 통하여 화학적 구조 및 열적 특성 변화를 확인하였다. 또한 리오셀 직물의 내염화 및 흑연화 후 중량을 측정하여 시트르산이리오셀 직물 수율 변화에 미치는 영향에 대하여 확인하였으며, 16 wt% 첨가 시 흑연화 수율이 8.1% 까지 증가하는 것을 확인하였다.

• 공업화학
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• 제26권4호
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• pp.394-399
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• 2015

본 연구에서는 Cu 촉매가 도입된 활성탄소섬유를 제조하여 고효율 $SO_2$ 흡착재를 제조하였다. 라이오셀 섬유를 내염화 및 탄화공정을 통해 탄소섬유를 얻었으며, $SO_2$ 흡착능을 향상시키기 위해 KOH 활성화를 사용하여 높은 비표면적 및 균일한 미세기공구조를 부여하였다. 활성탄소섬유에 Cu 촉매를 도입하기 위하여 $Cu(NO_3)_2{\cdot}3H_2O$ 수용액을 사용하였으며, 공정 시 i) 탄소섬유 내 산소 관능기의 분해반응을 촉진하고, ii) 산화구리 및 질산염의 분해로 oxygen radical이 생성되어 탄소섬유의 활성화 반응을 촉진시켰다. 이로 인해 활성탄소섬유의 미세공과 중기공 형성효과 및 탄소섬유 표면에 고르게 분산된 Cu 촉매를 확인하였다. Cu 촉매 도입 후, 활성탄소섬유에 비해 비표면적 및 미세공의 비율이 약 10% 이상 증가되었고, $SO_2$ 흡착능이 149% 이상 향상된 결과를 얻을 수 있었다. Cu 촉매도입공정 시, 전이금속 촉매효과에 의하여 발달된 미세공, 중기공 및 비표면적에 의한 물리적 흡착과 도입된 Cu 촉매에 의한 $SO_2$ 가스의 화학적 흡착반응의 시너지 효과에 기인하여 $SO_2$ 흡착능이 향상된 것으로 사료된다.

• 한국염색가공학회:학술대회논문집
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• 한국염색가공학회 2012년도 제46차 학술발표회
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• pp.75-75
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• 2012

탄소섬유는 전구체의 종류에 따라 PAN계, 피치계 그리고 레이온계로 나뉘며 최종 탄소섬유의 특성에도 차이가 있는 것으로 알려져 있다. 최근에는 PAN계 탄소섬유가 세계 시장의 대부분을 차지하고 있으며, PAN계 탄소섬유의 초경량, 고강도, 고탄성, 내약품성 그리고 열안정성 등의 우수한 특성으로 최첨단 고기능성 제품의 복합재로 많이 이용되고 있다. 그러나 탄소섬유가 가지고 있는 높은 열전도성은 적용에 따라 단점으로 작용될 수도 있다. 예를 들면, 로켓 엔진의 노즐이나 원자로의 구조물 그리고 극한조건용 구조재료 등, 고강도 단열특성을 요하는 최첨단 복합재로 응용 범위를 넓히는데 한계로 작용한다. 레이온은 최초의 탄소섬유 전구체였으나 공정상 경제성이 떨어지는 이유로, 지금은 고탄성을 요구하는 특수 목적으로만 소량 생산되고 있다. 레이온의 주원료는 셀룰로오스이며 셀룰로오스는 지구상에서 가장 흔한 재료이므로 오늘날 셀룰로오스를 보강재로 이용하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 탄소섬유의 열전도도를 낮추기 위한 방법으로 안정화셀룰로오스를 첨가한 PAN용액을 출발물질로 탄소섬유를 제조하고 특성 연구를 진행하였다. PAN용액에 셀룰로오스의 분산성을 향상시키기 위해 셀룰로오스를 열처리하였다. 이 과정에서 얻어진 안정화 셀룰로오스의 수율을 높이기 위해 셀룰로오스를 난연 처리하였으며, 그 결과 안정화셀룰로오스의 수율을 향상시킬 수 있었다. 안정화셀룰로오스를 첨가시킨 PAN계 탄소섬유의 물리적, 기계적 그리고 열적 특성을 SEM, XRD, 만능 인장시험기, TGA 그리고 Laser Flash Method 등을 통해 주요 특성 및 변화를 관찰한 결과, 순수한 PAN계 탄소섬유의 특성과 유사한 결과를 얻었다. 향후 몇 가지 공정상의 문제점을 개선한다면 흥미로운 결과를 기대할 수 있을 것으로 본다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제11권4호
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• pp.501-508
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• 2023

이 연구는 도시화와 교통량 증가로 인해 심화되는 환경 소음 문제에 대응하여, 친환경적인 무기계 흡음 패널을 개발함으로써 기존의 PMMA 및 시멘트 기반 패널의 한계를 극복하고자 한다. 이러한 전통적인 패널들은 가연성으로 인한 안전 위험과 탄소 배출로 인한 환경 문제를 가지고 있다. 산업폐기물을 활용한 이 연구는 두 단계로 구성된다: 첫째, 물리적 및 성능적 특성(유동성, 밀도, 압축 강도, 흡음률)에 대한 기초 시험, 둘째, 최적화된 패널 혼합물의 개발. 이 접근 방식은 기존 패널을 지속 가능하고 효과적인 대안으로 대체하고자 하며, 안전하고 환경적으로 책임 있는 도시 인프라에 중요한 기여를 목표로 한다. 연구 결과는 방음 패널 시장에 대한 새로운 해결책을 제시하며, 소음 제어와 함께 환경 및 안전 기준에 부합하는 혁신을 추구한다.