• 대한환경공학회지
• /
• 제38권5호
• /
• pp.242-248
• /
• 2016

연료전지에서의 전체 반응 속도는 산화전극에서 일어나는 수소산화반응에 비해 그 반응 속도가 현저히 느린 환원전극에서의 산소환원반응(oxygen reduction reaction, ORR)에 의해 결정된다. ORR 효율성 평가를 용이하게 하는 지표(descriptor)로서 촉매 표면에서의 산소원자 흡착강도를 활용하는데, 산소흡착강도는 촉매 표면의 기하학적 구조 변형에 따른 전자구조를 변형함으로써 조절할 수 있다. 이에 본 연구에서는 백금 표면의 원자모델을 이용하여 표면의 기하학적 구조가 산소흡착강도에 미치는 영향과 그 원인을 밀도범함수이론(density functional theory, DFT) 계산을 통해 분석하였다. 먼저, 기하학적 구조를 인위적으로 변형시킨 Pt(111) 표면에서의 산소흡착반응을 밀도범함수이론 계산을 이용해 분석함으로써 기하학적 구조변화가 산소흡착강도에 미치는 영향(strain effect)을 확인하였다. 최적화한 Pt 격자상수($3.977{\AA}$)에 ${\pm}1%$ 간격의 변화율을 적용하고 각 변화율마다의 산소흡착강도를 계산하였는데, Pt-Pt 원자 간 거리가 멀어질수록 산소흡착강도가 강해지는 것을 확인하였다. 이는 원자 간 거리가 증가할수록 d-band center가 페르미 준위(Fermi level)쪽으로 이동하게 되며, 이로써 일부 반결합 오비탈(anti-bonding orbitals)에 전자가 채워지지 않기 때문에 전체적으로 반결합 오비탈이 형성될 가능성이 적어지기 때문이다. 결과적으로, 순수한 백금이 가진 격자상수($3.9771{\AA}$) 보다 약 2~4% 작은 백금 표면 격자크기를 가질 수 있도록 유도할 수 있다면 산소흡착강도가 적절히 약하게 조절될 수 있으며, 이는 순수한 백금보다 더 향상된 ORR 성능을 가진 촉매물질 개발 연구를 위한 기초자료로서 활용할 수 있을 것이다.

• 대한환경공학회지
• /
• 제31권11호
• /
• pp.941-946
• /
• 2009

본 연구는 상용 합성 제올라이트(Z-WK), 석탄계 비산재를 이용한 합성 제올라이트(Z-C1) 및 비산재(F-C1)를 이용하여 Lagergen 1차 및 2차 속도식과 Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson 및 Koble-Corrigan 식에 의해 코발트(Co)의 흡착속도와 평형흡착 특성을 평가하였다. 석탄계 비산재를 이용하여 Si/Al 비가 1.51인 제올라이트(Z-C1)를 제조하였으며, 흡착제 종류에 따른 Co 흡착량은 Z-C1(94.15mg/g) > F-C1(92.94mg/g) > Z-WK(88.56mg/g)순이었다. Z-WK와 Z-C1의 Co 흡착속도는 유사 2차 반응식으로서 정확한 예측이 가능하였다. Z-WK와 Z-C1의 Co 평형흡착량은 Langmuir 식과 Redlich-Peterson 식으로 잘 예측할 수 있었다. Z-C1은 수중의 Co 제거를 위한 유용한 흡착제로 사용이 가능할 것이다.

• 유기물자원화
• /
• 제24권1호
• /
• pp.3-10
• /
• 2016

질산과 염산에 의한 대나무활성탄(bamboo-based activated carbon, BAC)의 개질이 Pb(II)와 Cu(II)의 흡착특성에 미치는 영향을 규명하기 위해 회분식 흡착실험을 수행하였다. 산 개질에 의해 BAC의 탄소함량은 감소하고 산소함량은 증가하며 pH는 감소하는 것으로 나타났다. 염산에 의한 개질은 BAC에 뚜렷한 표면작용기를 첨가시키지 않았으나 질산에 의한 개질은 카르복실기와 OH 작용기를 첨가시키는 것으로 나타났다. BAC와 산으로 개질된 BAC의 중금속 이온 흡착속도는 2차 속도모델에 의해 적절하게 설명될 수 있는 것으로 나타나 흡착반응의 속도가 물리적 흡착보다는 흡착제와 금속이온들 사이의 전자들의 공유나 교환을 포함하는 화학적 흡착에 의해 결정되는 것으로 나타났다. 실험에 사용된 모든 흡착소재의 등온흡착특성은 Langmuir와 Freundlich 모델에 의해 적절하게 설명될 수 있으며 BAC의 염산에 의한 개질은 중금속 이온의 흡착용량에 큰 영향을 미치지 않으나 표면작용기를 첨가시킨 질산에 의한 개질은 Pb(II)와 Cu(II)의 흡착용량을 각각 36.0%와 27.3% 증가시키는 것으로 나타났다.

• 동아시아식생활학회지
• /
• 제14권1호
• /
• pp.70-73
• /
• 2004

생감자주스와 감자주스에 당근주스나 물을 혼합했을 때 갈변화 반응의 속도를 실험한 결과 감자주스는 15분 이내에 빨리 갈변화하였고 30분 후에는 까맣게 되었다. 그러나 당근 주스를 첨가한 것은 서서히 갈변화가 시작되었고 45분이 지나서야 갈색화가 진하게 되었다. 첨가한 당근주스의 양이 증가함에 따라 갈변화 속도는 비례적으로 감소하였다. 당근 주스의 갈변화 억제효과가 당근주스의 베타-카로틴 인지를 알아보기 위해 모델시스뎀에서 클로로젠산과 타이로신의 갈변화 속도에 베타-카로틴이 어떤 영향을 미치는지 실험한 결과 클로로젠산의 초기 갈변화 속도는 베타-카로틴을 첨가한 클로로젠산의 갈변화 속도보다 빨랐다. 두 속도 사이의 차이는 시간이 경과함에 따라 증가하였다. 당근에서 추출한 카로티노이드를 클로로젠산에 가했을때도 비슷한 결과를 보였다. 타이로신 단독으로와 베타-카로틴을 첨가한 타이로신의 갈변화 경향도 클로로젠산의 경우와 같은 결과를 보였다.

• 한국추진공학회지
• /
• 제14권5호
• /
• pp.32-44
• /
• 2010

고체 추진기관 노즐의 2차원 열반응 및 삭마 해석 코드를 활용하여 노즐 부품의 숯 및 삭마현상을 연구하였다. Arrhenius 식을 이용한 내부 열분해 모델 상수는 TGA(열중량분석기) 실험으로 얻었다. 탄소와 $H_2O$, $CO_2$의 산화반응에 의한 화학적 삭마는 Zvyagin이 제안한 삭마모델 과 반응속도 상수를 이용하여 해석을 수행하였다. 삭마에 의한 경계조건 및 격자 이동은 상용해석 프로그램인 MSC-Marc-ATAS에서 적용되는 Rezoning-remeshing 기법을 사용하였다. 해석된 숯 및 삭마 두께는 연소시험 결과 값과 최대 20% 오차를 보였다. 향후 열방호 시스템의 성능을 모사하기 위하여 내부 온도 및 열유속을 실시간 측정하면 3차원 FEM 통합 열구조 해석에 적용될 것으로 기대된다.

• 한국토양환경학회지
• /
• 제4권1호
• /
• pp.97-108
• /
• 1999

금속 철(Fe$^{0}$ )에 의한 TNT의 환원실험을 회분식 반응조를 사용하여 환원 상태에서 연구하였다. 실험 결과, 환원에 의한 TNT의 농도감소는 유사 1차 반응으로 나타났고 반응상수는 반응조에 첨가한 철의 표면적에 선형적으로 비례하였으며, 교반 속도 60 rpm에서의 반응상수는 0.0981$min^{-1}$m$^{-2}$ L로 측정되었다. Triaminotoluene로 추정되는 최종산물이 용액내에 축적되었다. 철 표면에 흡착된 물질을 용출하기 위하여 acetonitrile혹은 물(인산염 완충액, pH=7.0)로 추출을 시도하였으나 용출되는 물질은 극히 미량이었다. 또한, 용액 내에서 생물학적 분해에서의 주요 중간산물인 aminodinitrotoluenes은 검출되지 않았다. 그러므로, 철에 의한 TNT의 환원시 니트로기의 환원이 순차적으로 발생하여 아미노기를 형성하지 않고, 3개의 니트로기에 대하여 동시에 발생하는 것으로 사료된다. 이에 TNT의 환원 모델을 제시하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
• /
• 제55권6호
• /
• pp.798-806
• /
• 2017

제주의 농업폐기물인 감귤박으로 제조한 활성탄(WCAC)을 수용액 중의항생제 dimetridazole (DMZ)를 제거하기 위해 사용하였다. WCAC에의한 DMZ의 흡착을 접촉시간, WCAC의 투여량, WCAC의 입자크기, 온도, pH 및 DMZ 농도와 같은 다양한 조건하에서 연구하였다. DMZ의 흡착량은 온도가 증가하고 입자크기가 감소함에 따라 증가하였다. 또한, pH 4 이상에서는 DMZ의 흡착량이 거의 일정하게 유지되었지만, pH 4 이하에서는 감소하는 경향을 보였다. 흡착등온 결과를 Langmuir, Freundlich, Redlich-Peterson 및 Duinin-Radushkevich (D-R) 등온 모델식에 적용하여 검토한 결과 Redlich-Peterson 등온 모델식에 의해 가장 잘 설명되었다. 흡착속도는 유사 2차 속도 모델에 잘 적용될 수 있었으며, 입자 내 확산 모델의 결과로부터 흡착 과정 동안 막 확산과 입자 내 확산이 동시에 일어나는 것을 알 수 있었다. 열역학적 파라미터는 WCAC에 대한 DMZ의 흡착반응은 흡열반응이고 자발적인 과정으로 진행된다는 것을 나타내었다. 실험결과는 WCAC가 항생제 DMZ를 제거하는데 있어서 값싸고 유용한 흡착제가 될 수 있다는 것을 보여주었다.

• 멤브레인
• /
• 제20권1호
• /
• pp.29-39
• /
• 2010

본 연구는 차세대 에너지원으로 주목 받고 있는 직접메탄올연료전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC)에 대해 mutiscale 기법을 사용하여 DMFC의 MEA부분에 대한 상세 모델링 및 전산모사를 통한 이론적 고찰을 시도하였다. 본 연구에서 이용한 multiscale 모델링 방법은 공정시스템 공학의 kinetic 중심의 모델링 방법과 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)의 유동중심의 모델링 방법을 유기적으로 결합하여 모사 중간에 필요한 데이터 교환을 함으로써 정확한 모델링 및 전산모사 결과를 얻었다. CFD 모델링으로 유체 이동현상을 3차원으로 해석하였고, 동시에 복잡한 비선형 대수방정식으로 표현되는 반응속도, 전기화학반응을 DAE (Differential & Algebraic Equation) solver로 계산하였다. 모델은 메탄올의 산화반응과 산소의 환원반응을 중심으로 MEA (Membrane Electorde Assembly)부분에서 물리화학적, 전기적 현상 현상을 규명하고, 반응 메커니즘을 구성하였다. MEA 모델은 3차원 공간에서 변위를 가지는 3차원 모델로 구성하였으며, 정상상태 및 등온공정의 조건하에 수립되었다. 이를 통해 channel을 포함한 MEA 부분에서 발생되는 물리적, 화학적, 전기적 현상을 정확히 예측 할 수 있다. 본 연구를 통해 수행된 결과는 DMFC의 실험계획 및 운전조건을 도출함에 있어 매우 유용한 역할을 할 수 있을 것으로 사료되며, 추가적인 연구를 통해 DMFC의 상용화에 크게 이바지 할 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국식품과학회지
• /
• 제28권6호
• /
• pp.1095-1103
• /
• 1996

사과의 건조시 발생하게 되는 품질저하 현상을 개선하고자 sucrose를 삼투용매로 하여 침지온도와 농도 그리고 시간을 변수로 삼투건조하여 유리당, 유기산, ascorbic acid 함량변화에 대해 분석하였다. 유리당은 sucrose, glucose, fructose, sorbitol 등이 분석되었으며 농도가 증가함에 따라, 침지시간이 길어질수록 총당량이 증가하였으며 온도보다는 농도의 영향이 더 큰 것으로 나타났다. sucrose함량이 가장 많이 증가하였으며, fructose는 거의 없었고 glucose는 약간 증가하는 경향으로 각각의 유리당의 함량은 온도, 농도, 침지시간이 증가할수록 양이 증가하였다. 유기산은 malic acid와 fumaric acid가 주로 분석되었으며, 그외 oxalic acid, citric acid, maleic acid, succinic acid가 소량 분석되었다. 낮은 온도에서의 처리가 높은 함량을 보였으며 농도가 증가할수록 유기산의 함량이 많았고 침지시간이 길어질수록 유기산 함량이 줄어 들었다. Ascorbic acid도 저온$(20^{\circ}C)$과 농도$(60^{\circ}brix)$에서의 처리가 손실이 적었으며 온도가 낮을수록, 농도가 높을수록 더 큰 값을 보였으며 시간의 변화에는 큰 차이가 없는 것으로 나타났다. 품질변화 kinetics를 model화하기 위하여 반응속도론에 상사시켜 본 결과 유리당의 변화는 1차반응 속도식이, 유기산의 변화와 ascorbic acid의 변화는 2차반응 속도식이 가장 적합한 것으로 나타났다. 품질변화 속도상수에 대한 온도의 영향은 Arrhenius 식에 비교적 따른다고 볼 수 있다. 삼투건조 동안 유리당과 유기산, ascorbic acid 함량의 변화를 예측하고자 수립한 예측모델은 비교적 높은 $r^2$를 보여 각 조건에 따른 함량변화를 예측할 수 있을 것으로 생각된다.

• 공업화학
• /
• 제8권1호
• /
• pp.132-139
• /
• 1997

본 연구는 Nd, Pd, Ru, Zr, Mo 및 Fe 이 함유된 6성분계의 모의 방사성폐액을 대상으로 개미산 탈질에 의한 질산과 개미산의 분해속도 및 탈질 반응기구(mechanism)의 규명에 주안점을 두었다. 모든 실험은 반응온도 $90^{\circ}C$, 회분식계로 고정하여 수행하였으며, 초기 질산농도 1, 2, 3, 5M 및 $[HCOOH]/[HNO_3]$=1.25, 1,5. 1.75, 2.0에서 각각 탈질 시간을 330분까지 변화시켰다. 질산 및 개미산의 분해속도식은 각각 다음과 같으며, $\frac{d[HNO_3]}{dt}=-4.842{\times}10^{-2}[HNO_3][HCOOH],\;\frac{d[HCOOH]}{dt}=-8.911{\times}10^{-2}[HNO_3][HCOOH]$본 연구에서 제안한 반응기구는 초기 질산농도 2~5M 및 $[HCOOH]/[HNO_3]$=1.25~2.0의 범위에서 비교적 실험치와 이론치가 잘 일치하여, 이의 적용 타당성을 확인할 수 있었으나, 초기 질산농도 1M에서는 본 모델식에서 벗어나 다른 반응기구에 의해 분해됨을 추측할 수 있었다.