• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권6호
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• pp.812-825
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• 2019

국내에서 채광되는 백운석(dolomite, $CaMg(CO_3)_2$)을 회분식 형태의 마이크로웨이브 소성로($950^{\circ}C/60min$)에 의해 소성하여 경소백운석($CaO{\cdot}MgO$)을 제조하였다. 국내에서 산출된 두 개의 백운석 시료를 대상으로 경소백운석($CaO{\cdot}MgO$) 제조 후 수화 특성을 규명한 결과 반응성이 다름을 규명하였다. 경소백운석($CaO{\cdot}MgO$)의 수화 특성의 반응성을 이용하여 강산성 양이온 교환수지와 반응 시켜서 MgO를 분리하는 조건을 실시하였다. 분리 실험 조건은 경소백운석($CaO{\cdot}MgO$)과 $R-SO_3H$ (1:12 mass %)로 칼슘이온 흡착($Ca-(R-SO_3)_2$)하여 MgO를 분리하였다. 분리 후 MgO의 함량은 94 mass % 이상으로 분리되었다. 분리된 MgO를 $950^{\circ}C$, 60 min 동안 열처리 후 MgO의 순도는 96 mass %로 나타났다. 그리고칼슘 이온이 흡착된강산성 양이온교환수지($Ca-(R-SO_3)_2$)와 NaOH, $CO_2$ gas 반응에 의해서 98 mass %의 $CaCO_3$를 합성하였다.

• 멤브레인
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• 제29권1호
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• pp.44-50
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• 2019

본 논문에서는 SBS-g-POEM 블록-그래프트 공중합체, 이온성 액체(EMIMTFSI) 및 ZIF-8 나노 입자를 사용하여 $CO_2/N_2$ 기체를 분리하기 위한 혼합 매질 분리막(MMMs)을 개발하였다. SBS-g-POEM은 낮은 비용이 드는 자유 라디칼 중합법을 통해 합성된 유연한 블록-그래프트 공중합체이다. EMIMTFSI는 SBS-g-POEM 매트릭스에 용해시켰으며, 합성된 ZIF-8 나노 입자들 역시 공중합체의 매트릭스에 분산시켰다. 제조된 시료들의 특성은 푸리에 변환 적외 분광법(FT-IR), 시차 주사 열량계(DSC), 주사 전자 현미경(SEM), X선 회절 분석(XRD)을 통해 확인하였으며, 분석 결과 각 성분들은 서로 간의 좋은 혼화성을 나타내었다. 기체 분리 성능은 time-lag measurements를 통해 확인되었으며, 537.0 barrer의 $CO_2$ 투과도와 15.2의 $CO_2/N_2$ 선택도를 나타내었다. 이를 통해 첨가된 EMIMTFSI와 ZIF-8 나노 입자는 $CO_2/N_2$ 선택도를 크게 희생시키지 않고 기체 투과도를 두 배 이상 향상시키는 것으로 확인되었다.

• Journal of Electrochemical Science and Technology
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• 제9권4호
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• pp.282-291
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• 2018

The pristine fluorine-doped $SnO_2$ (abbreviated as FTO) inverse opal (IO) was developed using a 410 nm polystyrene bead template. The nanolayered copper tungsten oxide ($CuWO_4$) was decorated on the FTO IO film using a facile electrochemical deposition, subsequently followed by annealing at $500^{\circ}C$ for 90 min. The morphologies, crystalline structure, optical properties and photoelectrochemical characteristics of the FTO and $CuWO_4$-decorated FTO (briefly denoted as $FTO/CuWO_4$) IO film were investigated by field emission scanning electron microscopy, X-ray diffraction, UV-vis spectroscopy and electrochemical impedance spectroscopy, showing FTO IO in the hexagonally closed-pack arrangement with a pore diameter and wall thickness of about 300 nm and 20 nm, respectively. Above this film, the $CuWO_4$ was electrodeposited by controlling the cycling number in cyclic voltammetry, suggesting that the $CuWO_4$ formed during 4 cycles (abbreviated as $CuWO_4$(4 cycles)) on FTO IO film exhibited partial distribution of $CuWO_4$ nanoparticles. Additional distribution of $CuWO_4$ nanoparticles was observed in the case of $FTO/CuWO_4$(8 cycles) IO film. The $CuWO_4$ layer exhibits triclinic structure with an indirect band gap of approximately 2.5 eV and shows the enhanced visible light absorption. The photoelectrochemical (PEC) behavior was evaluated in the 0.5 M $Na_2SO_4$ solution under solar illumination, suggesting that the $FTO/CuWO_4$(4 cycles) IO films exhibit a photocurrent density ($J_{sc}$) of $0.42mA/cm^2$ at 1.23 V vs. reversible hydrogen electrode (RHE, denoted as $V_{RHE}$), while the FTO IO and $FTO/CuWO_4$(8 cycles) IO films exhibited a $J_{sc}$ of 0.14 and $0.24mA/cm^2$ at $1.23V_{RHE}$, respectively. This difference can be explained by the increased visible light absorption by the $CuWO_4$ layer and the favorable charge separation/transfer event in the cascading band alignment between FTO and $CuWO_4$ layer, enhancing the overall PEC performance.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제23권2호
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• pp.51-59
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• 2019

철근의 대체보강재로서 섬유보강근에 대한 적용연구가 증가하고 있으며, 단기거동에 대한 많은 연구가 진행되어 왔다. 본 연구에서는 동결융해와 알칼리 환경하에서의 바살트와 유리섬유보강근의 미세구조와 인장거동 변화를 실험적으로 평가하였다. 100회까지의 동결융해에서 5% 내외의 강도와 탄성계수 저하가 발생하였다. 20일까지의 초기 미세구조변화의 경우 알칼리용액의 온도가 낮은 경우에는 손상이 거의 발생하지 않았으나, $60^{\circ}C$에서는 20일 경과시에도 수지 용해와 섬유 손상이 관찰되었으며, 수지계면의 섬유분리가 발견되었다. 알칼리 환경에서는 $20^{\circ}C$환경에서 100일까지는 10% 내외의 강도저하 현상이 발생하였으며, 500일 노출시 최대50%의 강도 저하가 발생하는 것으로 관찰되었다. $40^{\circ}C$와 $60^{\circ}C$ 환경에서는 50일과 100일에서 급격한 강도저하가 관찰되었으며, 바살트섬유보강근의 경우에는 알칼리에서 섬유부풀음에 의한 손상으로 강도저하가 더 크게 나타났다. 따라서 블레이디드된 섬유보강근의 장기성능을 향상시키기 위해서는 내알칼리성 확보를 위한 표면처리가 필요한 것으로 분석되었다.

• 한국물환경학회지
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• 제35권2호
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• pp.145-151
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• 2019

The purpose of this study was to investigate treatment characteristics of diatomite filtration, that would allow water recovery from biologically-treated effluent for reuse. Diatomite, Celpure 100, and acid clay were used as filter-aids, with a support filter manufactured from polyethylene (PE), and polypropylene (PP). This pre-coating process using diatomite filter-aids, is used in the filtration range of pressure filters, and has consistently provided high-quality separation. The results showed that variations in average removal efficiency of SS, and T-P from biologically treated effluent by the diatomite-coated PE filter, were approximately 82.2 ~ 88.9 % and 4.8 ~ 21.1 %, respectively. T-P treatment efficiency of the PP filter pre-coated with diatomite and $Celpure^{(R)}100$ at $57.64g/m^2$, was approximately $24{\pm}10%$ and $40{\pm}15%$ on average, respectively. Particle size distribution of secondary effluent varied from 0.05 to $200{\mu}m$, and $d_{50}$ value was $20.76{\mu}m$. The size distribution of particles in the diatomite filtrate ranged from 1.26 to $101.1{\mu}m$ when pre-coated with diatomite filter-aid, at a content of $57.64g/m^2$. Diatomite filter aids, i.e., the particles that form the pre-coating layer, capture very fine particles as well as macromolecules, owing to their complex structure with numerous fine microscopic pores, and surface properties. The filtration process using diatomite and $Celpure^{(R)}100$ as filter aids, has been successfully applied, to recover water from sewage for reuse. The disadvantage of the process, is that the particle size of the filter-aid is spent, because of pressurization.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제59권4호
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• pp.565-573
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• 2021

활성탄에 의한 Brilliant Green(BG), Quinoline Yellow(QY) 염료의 흡착에 대한 등온선, 동력학, 열역학적 특성치와 경쟁흡착을 흡착제의 양, pH, 초기농도, 접촉시간 및 온도를 변수로 하여 수행하였다. BG와 QY는 가지고 있는 atomic nitrogen 이온(N⁺)의 영향으로 pH 11에서 92.4%의 최고 흡착율을 나타내었고, QY는 sulfite 이온(SO₃^-)의 영향으로 pH3에서 90.9%의 최고 흡착률을 나타냈다. 등온흡착 데이터로부터, BG의 경우는 Freundlich 등온식에 잘 맞아서 다분자층 흡착이었고, QY는 Langmuir 등온식이 가장 높은 일치도를 나타내어 주로 단분자층흡착이었다. Freundlich 식과 Langmuir 식의 분리계수는 활성탄에 의해 이들 염료를 효과적으로 처리할 수 있는 공정임을 나타냈다. Temkin 등온식에 의해 평가된 흡착 에너지는 활성탄에 의한 BG와 QY의 흡착이 물리 흡착임을 확인시켰다. 동력학적 실험결과는 유사 이차 반응속도식이 유사일차 반응속도식보다 일치도가 높았고 평형흡착량에 대한 오차도 더 작았다. 입자내 확산식을 이용하여 도시한 그래프는 2단계의 직선으로 나타났는데 기울기가 낮은 입자내 확산이 율속단계임을 확인하였다. 흡착공정의 활성화 에너지와 엔탈피 변화는 흡착과정이 비교적 수월하게 일어나며 흡열반응임을 나타냈다. 엔트로피 변화는 활성탄에 대한 BG와 QY 염료의 흡착이 진행됨에 따라 흡착시스템의 무질서도가 증가함을 나타냈고, Gibbs 자유 에너지 변화로 부터 흡착반응이 온도가 높아질수록 자발성이 더 커진다는 것을 알았다. 혼합용액의 경쟁흡착 결과는 상대적으로 흡착률이 높은 QY가 BG에 의해 큰 방해를 받아 흡착률이 크게 감소하는 것으로 나타났다.

• 멤브레인
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• 제31권3호
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• pp.200-211
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• 2021

본 연구는 합성된 zeolitic imidazolate framework-7 (ZIF-7)을 poly(ether-b-amide) 2533 (PEBAX2533)에 혼합하여 혼합막을 제조하고, 단일기체(N₂, CO₂)를 투과하여 기체에 대한 성질을 조사하였다. FT-IR, XRD, FE-SEM을 통해 ZIF-7이 가지는 피크와 형상을 확인하였고, 합성이 잘 되었음을 판단하였다. TGA를 통해 ZIF-7이 우수한 열적 안정성을 가지는 것과 막 내에 혼입되었을 때 순수 PEBAX2533에 비해 열적 안정성이 향상되는 것을 확인하였다. BET를 통해 합성된 ZIF-7의 CO₂ 흡착 능력이 우수하고 CO₂/N₂ 흡착 선택도가 약 49.64로 높은 편이라는 것을 확인하였다. 기체 투과는 혼합막에서 ZIF-7 함량이 증가함에 따라 N₂ 투과도는 감소하고 CO₂ 투과도는 비교적 적게 감소하면서 CO₂/N₂ 선택도는 꾸준히 증가하는 모습을 보였다. 특히 ZIF-7 20 wt%이 첨가되었을 때 CO₂ 투과도가 크게 감소하지 않고 선택도가 상당히 증가하여 Robeson upper-bound에 근접하는 결과를 얻었다.

• 청정기술
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• 제27권1호
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• pp.85-92
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• 2021

태양에너지를 활용하여 전력을 생산하는 시스템인 Solar water battery는 광전기화학전지와 에너지저장시스템을 결합한 것으로 추가적인 외부 전압 없이 태양에너지의 전환과 저장을 동시에 할 수 있다. Solar water battery는 광전극, 저장전극 그리고 상대전극으로 구성되어 있고, 이들의 선택과 조합은 시스템의 성능과 효율에 있어 중요한 역할을 한다. 본 연구에서는 Solar water battery의 구성요소들을 변화시켜 시스템에 미치는 영향을 알고자 하였다. 상대전극이 방전 시 미치는 영향, 광전극과 저장전극의 전극 재료, 전해질의 종류에 따른 태양에너지 전환 효율과 저장 용량에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 이들의 최적화된 구성(TiO2 : NaFe-PB : Pt foil)에서 15시간동안의 광조사 후의 방전 용량이 72.393 mAh g-1으로 시스템 구성 조건에 따라 광전환/저장 효율이 크게 영향을 받음을 확인 할 수 있었다. 또한, 유기 오염물질을 광전극 반응조내 전해질에 첨가하여 광전하를 효율적으로 분리시킴으로써 광전류 증가시켰으며, 이로 인해 저장용량이 향상되고, 동시에 오염물질도 분해시킬 수 있음을 확인하였다. 이처럼 Solar water battery는 추가적인 외부 전압이 필요없는 새로운 친환경 태양에너지 전환/저장 시스템이며, 나아가 수처리에도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

• 대한화학회지
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• 제66권2호
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• pp.107-123
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• 2022

이 연구는 컴퓨터 기반 과학 탐구 프로그램을 활용한 화학 수업의 효과를 알아보기 위한 것이다. 이를 위해 물질의 특성 영역에서 3차시의 컴퓨터 기반 과학 탐구를 중심으로 하는 교수학습 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램을 서울에 위치한 K 중학교에 투입하여 효과를 검증하였다. 실험집단은 혼합물의 분리와 관련된 3차시의 컴퓨터 기반 과학 탐구 수업이 도입되었으며, 비교집단은 교과서에서 제시한 내용을 교사 중심의 강의법으로 도입하였다. 프로그램의 효과를 검증하기 위하여, 과학 긍정경험과 과학과 핵심역량은 이원공분산분석(2-way ANCOVA)을, 학업성취도는 이원분산분석(2-way ANOVA)을 실시하였다. 연구 결과, 과학 긍정경험, 과학과 핵심역량, 학업성취도에서 모두 두 집단 간 차이가 유의미하였으며(p<.05), 학업성취도에서만 집단^*성별 상호작용 효과가 유의미하였다(p<.05). 이 연구 결과로부터 지속적인 과학 탐구가 가능한 화학 수업 방법으로 컴퓨터 기반 과학 탐구 프로그램의 활용 가능성을 엿볼 수 있었다.

• 한국재료학회지
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• 제32권4호
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• pp.200-209
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• 2022

In this study, defects generated in the YSZ coating layer of the IN738LC turbine blade are investigated using an optical microscope and SEM/EDS. The blade YSZ coating layer is composed of a Y-Zr component top coat layer and a Co component bond coat layer. A large amount of Cr/Ni component that diffused from the base is also measured in the bond coat. The blade hot corrosion is concentrated on the surface of the concave part, accompanied by separation of the coating layer due to the concentration of combustion gas collisions here. In the top coating layer of the blade, cracks occur in the vertical and horizontal directions, along with pits in the top coating layer. Combustion gas components such as Na and S are contained inside the pits and cracks, so it is considered that the pits/cracks are caused by the corrosion of the combustion gases. Also, a thermally grown oxide (TGO) layer of several ㎛ thick composed of Al oxide is observed between the top coat and the bond coat, and a similar inner TGO with a thickness of several ㎛ is also observed between the bond coat and the matrix. A PFZ (precipitate free zone) deficient in γ' (Ni₃Al) forms as a band around the TGO, in which the Al component is integrated. Although TGO can resist high temperature corrosion of the top coat, it should also be considered that if its shape is irregular and contains pore defects, it may degrade the blade high temperature creep properties. Compositional and microstructural analysis results for high-temperature corrosion and TGO defects in the blade coating layer used at high temperatures are expected to be applied to sound YSZ coating and blade design technology.