• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권2호
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• pp.233-239
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• 2014

석탄 연소 시 발생하는 회가 보일러 벽면에 부착되어 일어나는 슬래깅 현상은 보일러의 열효율을 감소시키고 보일러 안정성에도 악영향을 준다. 이러한 슬래그의 유동 특성은 회의 용융 특성과 관련이 있는데 이는 회의 화학적 조성에 영향을 받는다. 본 연구에서는 회의 용융특성을 TMA(Thermo-Mechanical Analysis) 장비를 이용하여 분석하였다. 이 테스트는 회의 수축률에 따른 용융온도(T25%, T50%, T75%, T90%)를 정량적으로 측정 하는 방법이다. TMA에서 측정된 각각의 온도는 용융단계별 특성을 나타낸다. TMA로 분석된 결과 값에 XRF 장비를 이용하여 분석한 회의 성분 조성이 미치는 영향을 분석하였다. 회에 포함된 성분 중 refractory, fluxing contents가 회분의 용융온도에 미치는 영향을 확인할 수 있었다. Refractory contents 성분인 $SiO_2$, $Al_2O_3$의 함량이 많을수록 전체적인 용융온도가 올라가며 $SiO_2/Al_2O_3$가 커질수록 고온에서의 용융온도인 T75%, T90%가 낮아지는 것을 알 수 있었다. 이와 달리 fluxing contents 성분인 $Fe_2O_3$, $K_2O$, CaO의 함량이 많아질수록 전체적인 용융온도가 낮아지며 이중 $K_2O$, CaO는 초기 용융 온도인 T25%를 낮추는데 큰 역할을 하는 것으로 판단되었다. TMA 분석과 회의 조성 비교를 통하여 회의 용융 특성을 예측하고 설명할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권6호
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• pp.763-767
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• 2019

본 연구에서는 흐름형 반응기를 활용하여 단일 화합물로 구성된 연료인 exo-tetrahydrodicyclopentadiene (exo-THDCP)의 유량을 변화시킴에 따라 나타나는 열분해 특성에 대해 분석하였다. 실험은 $500^{\circ}C$, 50 bar의 온도와 압력 조건에서 수행하였으며, 각 유량 조건에서 반응을 통해 생성된 물질은 GC/MS를 사용하여 분석하였다. 그 결과, exo-THDCP는 열에 의해 주로 고리형 화합물로 분해됨과 동시에 일부는 이성질화 되는 것을 확인하였다. 또한, 유량이 증가할수록 분해 및 이성질화 반응을 통해 생성되는 화합물의 종류와 비율이 감소하였으며, 이에 따라 연료의 전환율과 분해 반응 시에 발생하는 흡열량도 함께 감소하였다. 열분해 반응 시에 비교적 빠르게 생성되는 화합물은 주로 1-cyclopentylcyclopentene (1-CPCP)의 radical 형태를 중간체로 하여 형성되는 것으로 분석되었는데, 이는 exo-THDCP로부터 생성될 수 있는 중간체 중에서도 특히 1-CPCP가 생성되는 데에 필요한 활성화 에너지가 약 42 kcal/mol로 가장 낮기 때문인 것으로 해석된다.

• 한국가스학회지
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• 제28권1호
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• pp.44-52
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• 2024

본 연구에서는 유기성 폐기물로부터 생산되는 바이오가스를 이산화탄소 제거 없이 직접 이용하여 바이오가스 전처리 및 정제 공정 비용을 절감하여 수소를 생산하는 공정의 모델을 구축하고 열교환망 최적화를 통해 공정비용 최소화, 수소 생산량 및 최종 배가스 온도 최대화를 목표로 공정 모사를 진행하였다. 공정 최적화 결과 열교환기 개수 제한조건을 충족하면서 최종 배가스 온도를 최대화하는 공정모델이 가장 효율적임을 확인하였다. 본 연구의 결과는 바이오가스 직접 이용 수소 생산 공정의 상용개념설계에 활용되어 바이오가스의 청정수소 에너지 전환기술 확대에 기여 가능할 것으로 판단된다.

• 한국재료학회지
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• 제14권8호
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• pp.600-606
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• 2004

$Zn_{2}SiO_{4}:Mn$ phosphor particles were prepared by a flame spray pyrolysis method. It has been generally known that the high-temperature flame enables fast drying and decomposition of droplets. In the present investigation, the morphology and luminescent property of $Zn_{2}SiO_{4}:Mn$ phosphor were controlled in a severe flame preparation condition. The particle formation in the flame spray pyrolysis process was achieved by the droplet-to-particle conversion without any evaporation of precursors, which made it possible to obtain spherical $Zn_{2}SiO_{4}:Mn$ particles of a pure phase from a droplet. Using colloidal solutions wherein dispersed nano-sized silica particles were adopted as a silicon precursor. $Zn_{2}SiO_{4}:Mn$ particles with spherical shape and filled morphology were prepared and the spherical morphology was maintained even after the high-temperature heat treatment, which is necessary to increase the photoluminescence intensity. The $Zn_{2}SiO_{4}:Mn$ particles with spherical shape, which were prepared by the flame spray pyrolysis and posttreated at $1150^{\circ}C$, showed good luminescent characteristics under vacuum ultraviolet (VUV) excitation.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제11권1호
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• pp.1-10
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• 2010

This is an overview paper reporting our most recent work on processing and microstructure of nano-structured oxides and their photoluminescence and photo-catalysis properties. Zinc oxide and related transition metal oxides such as vanadium pentoxide and titanium dioxide were produced by a combination of magnetron sputtering, hydrothermal growth and atmosphere controlled heat treatment. Special morphology and microstructure were created including nanorods arrays, core-brushes, nano-lollipops and multilayers with very large surface area. These structures showed special properties such as much enhanced photoluminescence and chemical reactivity. The photo-catalytic properties have also been promoted significantly. It is believed that two factors contributed to the high reactivity: the large surface area and the interaction between different oxides. The transition metal oxides with different band gaps have much enhanced photoluminescence under laser stimulation. Use of these complex oxide structures as electrodes can also improve the energy conversion efficiency of solar cells. The mixed oxide complex may provide a promising way to high-efficiency photo emitting materials and photo-catalysts.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제51권1호
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• pp.214-220
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• 2019

Thermochemical cycles have been predominantly used for energy transformation from heat to stored chemical free energy in the form of hydrogen. The thermochemical cycle based on uranium (UTC), proposed by Oak Ridge National Laboratory, has been considered as a better alternative compared to other thermochemical cycles mainly due to its safety and high efficiency. UTC process includes three steps, in which only the first step is unique. Hydrogen production apparatus with hectogram reactants was designed in this study. The results showed that high yield hydrogen was obtained, which was determined by drainage method. The results also indicated that the chemical conversion rate of hydrogen production was in direct proportion to the mass of $Na_2CO_3$, while the solid product was $Na_2UO_4$, instead of $Na_2U_2O_7$. Nevertheless the thermochemical cycle used for hydrogen generation can be closed, and chemical compounds used in these processes can also be recycled. So the cycle with $Na_2UO_4$ as its first reaction product has an advantage over the proposed UTC process, attributed to the fast reaction rate and high hydrogen yield in the first reaction step.

• 한국표면공학회지
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• 제56권4호
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• pp.265-272
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• 2023

Photoelectrochemical (PEC) water splitting is one of the promising methods for hydrogen production by solar energy. Iron oxide has been effectively investigated as a photoelectrode material for PEC water splitting due to its intrinsic property such as short minority carrier diffusion length. However, iron oxide has a low PEC efficiency owing to a high recombination rate between photoexcited electrons and holes. In this study, we synthesized nanoporous structured iron oxide by anodization to overcome the drawbacks and to increase surface area. The anodized iron oxide was annealed in Ar atmosphere with different purging times. In conclusion, the highest current density of 0.032 mA/cm² at 1.23 V vs. RHE was obtained with 60 s of pursing for iron oxide(Fe-60), which was 3 times higher in photocurrent density compared to iron oxide annealed with 600 s of pursing(Fe-600). The resistances and donor densities were also evaluated for all the anodized iron oxide by electrochemical impedance spectra and Mott-Schottky plot analysis.

• 한국가스학회지
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• 제21권4호
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• pp.92-102
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• 2017

피셔-트롭쉬 합성반응은 CO와 H2의 혼합가스로 이루어진 합성가스를 부가가치가 높은 탄화수소 제품으로 변환시킨다. 본 논문에서는 저온 피셔-트롭쉬 합성반응과 단일, 다중 마이크로채널 반응기에 패킹시킨 촉매를 기반으로 강화된 반응조건의 열전달을 고려하여 전산유체역학 기반의 시뮬레이션을 진행하고 분석하였다. 단일채널모델을 통하여 CO 전환률이 ~65% 이상, $C_{5+}$ 선택도가 ~74% 이상을 달성하면서도 Co 기반의 super-active 촉매를 통해 GHSV를 $30000hr^{-1}$을 달성할 수 있음을 보였다. 다중 마이크로채널 반응기모델에서는 열전달 시뮬레이션을 동시에 해석하여, 3가지의 다른 반응기구조에 대해서, 직교류 wall boiling 냉매를 사용시 ${\Delta}T_{max}$가 23 K였으며 평행유동 subcooled 냉매와 평행유동 wall boiling 냉매의 경우 각각 15 K와 13 K의 ${\Delta}T_{max}$를 보였다. 반응기 전체적으로 498 - 521 K에서 온도제어가 가능했으며 계산된 사슬성장 가능성은 저온 피셔-트롭쉬 합성에 적합한 것으로 보인다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제25권4호
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• pp.425-435
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• 2014

Simulation studies on catalytic methanation reaction in externally cooled tubular reactor filled with monolithic catalysts were carried out using a general purpose modelling tool $gPROMS^{(R)}$. We investigated the effects of operating parameters such as gas space velocity, temperature and pressure of feeding gas on temperature distribution inside the reactor, overall CO conversion, and chemical composition of product gas. In general, performance of methanation reaction is favored under low temperature and high pressure for a wide range of their values. However, methane production becomes negligible at temperatures below 573K when the reactor temperature is not high enough to ignite methanation reaction. Capacity enhancement of the reactor by increasing gas space velocity and/or gas inlet pressure resulted no significant reduction in reactor performance and heat transfer property of catalyst.

• 청정기술
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• 제29권1호
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• pp.46-52
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• 2023

옥살산(oxalic acid)은 기존에 질산을 사용한 carbohydrates의 산화 공정에 의해 얻어질 수 있으며 여러 분야에서 사용되고 있다. 하지만 이 반응은 다양한 질소 산화물을 형성하고 많은 증간 생산물의 분리를 필요로 하기에 복잡하고 환경에 유해하다. 한편, 이산화탄소로부터 전기화학적 방법에 의해 옥살산을 높은 효율로 얻을 수 있는 방법이 제안되었다. 아연 전극 산화에 의해 생성된 Zn²⁺이온과 CO₂ 환원에 의한 oxalate이온의 반응으로 zinc oxalate(ZnC₂O₄)가 얻어진다. 이후 산처리에 의해 옥살산이 생성될 수 있으나 강산과 열을 필요로 한다. 본 연구에서는 CO₂의 전기화학적 전환으로 형성된 ZnC₂O₄을 강산을 사용하지 않고, 간단하고 분리가 쉬운 방법을 적용하여 옥살산으로 전환하고자 한다. 또한, 고부가 물질인 글리콜산으로 더 전환시킴으로써 이산화탄소에서 고부가 물질로의 전환 가치를 높이고자 하였다. ZnC₂O₄를 상온, 상압에서 화학적 방법 및 여과 과정을 통해 효과적으로 Zn(OH)₂ 입자와 oxalate 용액으로 분리하였으며 얻어진 Zn(OH)₂와 oxalate는 전기화학적 방법을 사용하여 각각 Zn, 글리콜산으로 전환되었다.