• 한국환경과학회지
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• 제33권9호
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• pp.633-643
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• 2024

Hereunder, the eco-friendly photocatalytic CO₂ transformation capability of Cu-deposited black TiO₂ (Cu/BTiO₂) was evaluated to investigate if this photocatalyst proceeds the thermodynamically- and kinetically-satisfactory CO₂ transformation into CH₄. The clustered Cu-deposited BTiO₂ (Cu/BTiO₂) and Cu/BTiO₂ architectures revealed noticeable photocatalytic CO₂ transformation abilities, whereas the pristine TiO₂ and BTiO₂ catalysts displayed no significant photocatalytic CO₂ transformation abilities. Especially, the photocatalytic CO₂ transformation rates of a representative Cu/BTiO₂ architecture were 104, 209, 272, 322, and 361 μmol/g at the irradiation times of 2, 4, 6, 8, and 10 h, respectively, while the photocatalytic CO₂ transformation rates of Cu/BTiO₂ were 61, 139, 217, 270, and 309 μmol/g at the same irradiation times, respectively. The promoted photocatalytic CO₂ transformation ability of the Cu/BTiO₂ architecture was assigned to the excellent electron-hole separation tendency, which was verified by the photoluminescence analysis. The composition ratio of Cu incorporated into BTiO₂ in the Cu/BTiO₂ architectures was crucial in CH₄ generation. In addition, the Cu/BTiO₂ architecture displayed eminent photodurability, which was verified by the consecutive experiment cycle, and the mechanistic process for CO₂ transformation into CH₄ via the Cu/BTiO₂ architecture was established. The electronic framework of the Cu/BTiO₂ architecture was established on the basis of its band gap and valence band value. Conclusively, the Cu/BTiO₂ architecture is an outstanding tool for thermodynamically- and kinetically-satisfactory photocatalytic CO₂ transformation into CH₄ that application under simulated sunlight irradiation.

• 공업화학
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• 제16권5호
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• pp.641-647
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• 2005

메탄의 부분산화반응은 수소 제조의 중요한 반응 중의 하나이다. 무전해 도금방법에 의해 제조된 팔라듐-은 막을 막반응기(membrane reactor)로서 메탄의 부분산화반응에 적용하여 반응온도, $O_2/CH_4$ 몰비, $CH_4$ 공급속도, $N_2$ 운반 가스 흐름속도 등의 변화에 따라 실험을 수행하였다. 막반응기의 메탄 전환율은 알루미나에 담지된 니켈 촉매를 사용하는 반응조건하에서 $350{\sim}730^{\circ}C$의 반응온도에 따라 증가하는 경향을 보였으며, 특히 $730^{\circ}C$와 $O_2/CH_4$ 몰비 0.5에서 메탄 전환율과 CO 선택도가 가장 높았다. 막반응기의 메탄 전환율은 전통적인 관형반응기와 비교한 결과 반응조건에 따라 10~40% 정도 높았다.

• 멤브레인
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• 제10권4호
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• pp.192-197
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• 2000

상용 고분자막으로 많이 사용되는 Polysulfone(PSF)을 오존으로 처리하여 기체의 투과 및 분리특성을 조사하였다. 고분자막의 오존처리는 chamber 내부에 막을 설치하고 약 5vol.%의 오존을 포함한 산소를 chamber에 연속적으로 공급하면서 일정시간 동안 오전처리를 수행하였다. PSF막의 선택도는 오존처리시간에 따라 증가하였으며 적정 오존처리 시간은 1.5시간이면 충분한 것으로 조사되었다. 그리고, 오존처리에 의한 He/$N_2$, $H_2$/$N_2$, $O_2$/$N_2$, $CO_2$/$CH_4$등의 선택도의 증가는 분자크기가 큰 $N_2$나 $CH_4$의 투과도의 감소에 기인하며 분자크기가 작은 기체의 투과도의 감소는 매우 작은 것으로 나타났다. 오존처리에 의한 선택도의 증가는 오존이 PSF 고분자를 부분적으로 산화시키고 이때 생성된 산소복합체들이 PSF의 자유부피를 감소시키기 때문으로 생각된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권3호
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• pp.367-371
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• 2011

TBAB(tetra-n-butyl ammonium bromide)는 상온/상압 조건에서 semi- clathrate를 형성하는 물질로서 최근 가스 하이드레이트 형성법을 이용한 천연가스 수송 및 저장, 기체분리 공정 등에서 열역학적 촉진제로 주목받고 있다. 본 연구에서는 TBAB의 열역학적 촉진제로서의 특성을 알아보기 위해 $CH_{4}$+TBAB와 $CO_{2}$+TBAB 혼합 하이드레이트계에 대하여 TBAB 농도(5, 32 wt%)에 따른 가스 하이드레이트 3상(하이드레이트(H)-물($L_{w}$)-기상(V)) 평형 조건을 측정하였다. 혼합 하이드레이트의 경우 TBAB의 농도가 5 wt%일 때에 비해 32 wt%일 경우에 열역학적 촉진 효과가 훨씬 크게 나타나는 것을 알 수 있었으며, 이는 순수 TBAB semi-clathrate의 농도별 상압 해리 온도 경향과 유사하였다. 또한, $^{13}C$ NMR 분석을 통하여 $CH_{4}$ + TBAB 혼합 하이드레이트의 동공에 $CH_{4}$ 기체가 포집되어 있음을 확인하였고 이 동공의 특성이 순수 $CH_{4}$ 하이드레이트(구조-I)의 작은 동공($5^{12})$과 동일함을 확인할 수 있었다.

• 한국막학회:학술대회논문집
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• 한국막학회 2003년도 The 4th Korea-Italy Workshop
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• pp.21-24
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• 2003

Methane steam reforming (MSR) was studied in a membrane reactor (MR) with a Pd-based and a porous alumina membranes. MRs showed methane conversion higher than that foresaw by the thermodynamic equilibrium for a traditional reactor (TR). Silica membranes prepared at KRICT were characterized with permeation tests on single gases ($N_2$, $H_2$ and $CH_4$). These silica membranes can be also used for high temperature applications such as $H_2$ separation $CO_2$ hydrogenation for methanol production is another reaction where $H_2O$ selective removal can be performed with these silica membranes.

• 폴리머
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• 제38권6호
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• pp.687-693
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• 2014

분자량이 400 g/mol인 poly(ethylene glycol)(PEG 400)을 poly(ether-block-amide) 1657(PEBAX 1657)와 혼합을 통하여 막을 제조하였고, time-lag 법에 의해 $N_2$, $O_2$, $CH_4$, $CO_2$, 그리고 $SO_2$ 기체에 대한 투과도를 테스트하였다. 투과특성은 막 내에서 기체분자이동에 어느 것이 지배적인가를 알기 위하여 확산과 용해 항으로 조사하였다. PEG 400의 함량이 증가함에 따라 모든 기체에 대한 투과도 및 이상선택도가 모두 증가하였다. 특히 $CO_2/N_2$의 경우 53.2(PEG 400이 첨가되지 않은 PEBAX 1657)으로부터 84.1(PEG 400이 50% 첨가된 막)이었으며, $SO_2/CO_2$는 38.9 에서 50.7, 그리고 $CO_2/CH_4$의 경우는 177.7에서 31.4의 결과를 보여주었다. 투과도와 선택도의 증가는 기체들의 용해도로 인한 것이며, 특히 $CO_2$와 $SO_2$에 대해서는 더욱 증가한다는 것을 알 수 있었다. 수증기에 대한 내구성을 얻기 위하여, glutaraldehyde(GA)가 PEBAX 1657/PEG 400 혼합막에 첨가되었다. 결과적으로 투과도는 혼합막에 있어서 투과도 증가와 선택도 감소의 주된 요인으로 작용하는 자유부피와 ether oxide 기의 감소로 인하여 줄어들었으나 이는 막의 내구성을 향상시키는데 도움이 되었을 것으로 사료된다.

• 공업화학
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• 제22권4호
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• pp.343-347
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• 2011

온실가스로 인한 지구 온난화는 엘니뇨, 라니냐와 같은 심각한 기상이변을 초래하고 있으며, 매년 그 피해가 심각하게 증가하고 있는 실정이다. 따라서 온실가스의 80% 이상을 차지하고 있는 $CO_2$ 배출량을 감축하는 것이 매우 시급한 현안으로 부상되고 있다. 다공성 탄소는 고비표면적, 다양한 세공구조, 열 및 화학적 안정성, 재사용성과 같은 높은 유용성으로 인하여 carbon capture and storage (CCS) 기술에서 다른 여러 재료와 함께 중요한 위치를 차지하고 있는 재료이다. 본고에서는 주로 많이 연구되고 있는 CCS 기술 및 연구 동향에 대하여 살펴보았으며, 그 중 경제성과 실용성 흡착제로 각광을 받고 있는 다공성 탄소를 중심으로 배가스 중 $CO_2$ 흡착과 에너지 활용이 가능한 바이오 가스 분리에 대한 특성을 고찰하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권5호
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• pp.653-658
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• 2016

Poly(ether-block-amide)(PEBAX$^{(R)}$)는 열가소성 탄성체(thermoplastic elastomer, TCU)로서 hard-rigid amide block과 soft-flexible ether block으로 구성되어 있으며, 분자량과 두 block간의 구성비에 따라 여러 종류가 있다. PEBAX$^{(R)}$는 분리막소재로 이용할 경우 PEBAX$^{(R)}$의 hard amide block은 우수한 기계적 특성과 선택도를, 그리고 soft ether block은 높은 투과도를 제공할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 2종류의 PEBAX$^{(R)}$를 사용하여 기체 분리막을 제조하고, 종류에 따른 이산화탄소와 메탄의 투과특성 변화를 연구하였다. 또한 순수 PEBAX$^{(R)}$ 분리막의 투과특성을 향상시키기 위해 GPTMS ((3-glycidoxypropyl)trimethoxysilane)를 무기전구체로 사용한 PEBAX$^{(R)}$/silica 하이브리드 분리막을 제조하여 이산화탄소와 메탄의 투과특성을 측정하였으며, 29Si-NMR, DSC, SEM 분석을 통해 무기전구체의 도입에 따른 고분자의 구조 변화를 연구하였다. 순수 PEBAX$^{(R)}$-1657과 PEBAX$^{(R)}$-2533 분리막의 투과도 측정 결과, 상대적으로 높은 ether block 비율의 PEBAX$^{(R)}$-2533 분리막의 투과도 계수가 높은 값을 가졌다. 상대적으로 높은 ether block 함량 때문에 고분자 사슬의 유연성이 보다 크기 때문으로 볼 수 있고, 이로 인한 확산선택도의 감소 효과에 의해 이상분리인자는 PEBAX$^{(R)}$-1657 분리막이 보다 높은 값을 가졌다. PEBAX$^{(R)}$/GPTMS 하이브리드 분리막의 기체투과도 측정 결과 $CO_2$와 $CH_4$ 모두 반응시간이 경과됨에 따라 $CO_2$에 비해 $CH_4$의 투과도 계수가 낮아졌으나 이상분리인자는 증가함을 보였다. GPTMS가 가수분해되어 생성된 silanol이 고분자 사슬에 침투되어 축합과정을 거치며 공유결합에 의해 사슬간 결합이 커지고 사슬의 운동성을 감소시켜 투과도 계수가 낮아진 것으로 보이며, PEO segment와 $CO_2$와의 강한 친화도에 의해 $CO_2$의 투과도계수가 상대적으로 덜 낮아진 것으로 판단된다. 순수 PEBAX$^{(R)}$-1657 순수 분리막의 결과와 비교하였을 때 이상분리인자는 4.5% 감소한 반면 $CO_2$ 투과도계수는 3.5배 증가하는 우수한 결과를 보였다.

• 공업화학
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• 제7권4호
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• pp.605-613
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• 1996

Cellulose acetate(CA) 비대칭막, CA 복합막 그리고 cellulose triacetate(CTA) 비대칭막을 통한 순수 이산화탄소 및 메탄의 투과 특성을 측정하여, 투과성능의 운전압력에 대한 영향을 조사하였다. 그리고 이산화탄소와 메탄의 혼합기체($CO_2/CH_4=57.6/42.4$)에 대한 투과 특성을 조사하여, 이를 순수 기체의 투과 특성으로부터 얻어진 결과와 비교하였다. 실험은 25~125 psig의 분압과 상온에서 실험하였다. CA 복합막과 CTA 막을 통한 기체의 투과거동은 CA 막의 투과 거동과 비슷하였다. CA 막, CA 복합막 그리고 CTA 막을 통한 순수 이산화탄소의 투과속도는 상부분압이 증가함에 따라 약간 증가하였으며, 반면에 메탄의 경우에는 상부분압에 의존하지 않고 일정하였다. 그러나 혼합기체의 경우 이산화탄소에 의한 가소화 효과와 각 기체의 경쟁효과에 의해 순수 기체와는 다른 투과거동을 보였다. 각각의 분리막의 투과성능을 비교 할 때, CTA 막의 분리인자와 투과속도가 CA 막의 값들보다 높은 값을 나타내었으며, CA 복합막의 투과속도가 CA 막의 값보다 높은 값을 가졌다. 그러나 CTA 막의 경우 기계적 강도가 매우 낮았다. 결국 본 연구에 사용된 CA 복합막이 투과 플럭스가 크므로 이산화탄소와 메탄의 분리용 막으로 적합하다고 생각된다.

• 청정기술
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• 제20권4호
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• pp.406-414
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• 2014

바이오가스 내 주요성분은 메탄 45~75%, 이산화탄소 30~50% 그리고 황화수소 0.3% 및 수증기가 함유하고 있다. 바이오가스로부터 이산화탄소와 황화수소를 제거하기 위해 흡수공정과 분리막공정을 이용한 메탄가스 자원화연구가 수행되고 있다. 본 논문에서는 바이오가스성분으로 조제한 조제가스를 이용하여 폴리설폰으로 제조한 분리막을 이용하여 메탄을 95% 까지 분리정제하기 위한 실험을 수행하였다. 분리막에 의하여 이산화탄소와 메탄의 분리를 위해 공급원료와 혼합가스의 투입압력의 효과를 연구하였고 0.3% 황화수소를 처리하기 위한 방법으로 킬레이트화합물을 사용하였다.