• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권6호
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• pp.1043-1048
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• 2012

본 논문에서는 전기이중층 커패시터(EDLC, Electrical Double Layer Capacitor)의 전극소재로 쓰이는 활성탄소의 안정화를 위해 산소함유관능기를 최소화하고 질소함유관능기의 도입을 통해 유기용액계의 전해질을 가지는 EDLC의 축전용량을 개선하는 연구를 하였다. 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscopy), 후리에 변환 적외선분광기(FTIR, Fourier Transform Infrared), 자동원소분석기(EA, Elemental Analysis), 보엠(Boehm) 적정법, 충 방전 테스트 등의 분석법을 이용하여 그 결과를 확인하였다. 산 처리를 통하여 산소함유관능기가 도입되고 요소처리를 통하여 질소함유관능기가 도입되었음을 확인하였다. 질소함유관능기 도입을 통하여 EDLC의 g 당 방전용량을 2 mA 상승시켰으며 빠른 속도로 최대 충 방전 성능을 달성하였다. 반면 산소함유관능기는 전해질 속의 전하가 탄소표면에 흡 탈착되는 것을 방해하기 때문에 낮은 방전용량을 보였고, 충 방전 횟수가 늘어남에 따라 방전용량의 큰 감소를 보여주었다.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 한국신재생에너지학회 2011년도 춘계학술대회 초록집
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• pp.214.1-214.1
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• 2011

In this work, the electrochemical properties of the surface treated multi-walled carbon nanotubes (MWNTs) are investigated for supercapacitors. Nitrogen- and oxygen functional groups containing MWNTs are prepared by nitrogen precursors and acidic treatment, respectively. The surface properties of the MWNTs are confirmed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Zeta-potential measurements. The electrochemical properties of the MWNTs are investigated by cyclic voltammetry, impedance spectra, and charge-discharge cycling performance in 1 M $H_2SO_4$ at room temperature. As a result, these functionalized MWNTs lead to an increase in the specific capacitance as compared with the pristine MWNTs. It proposes that the pyridinic and pyridinic-N-oxides nitrogen species influence on the specific capacitance due to their positive charges, and thus an improved electron transfer at high current loads, since they are the most important functional groups affecting capacitive behaviors.

• 에너지공학
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• 제4권1호
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• pp.76-84
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• 1995

본 연구에서는 코코넛 껍질로부터 제조한 활성탄을 열 및 산소-암모니아의 혼합가스로 전처리하여 표면의 특성 변화와 이산화황 흡착능에 미치는 영향을 살펴보았다. 전처리한 활성탄으로 이산화황 흡착실험을 수행한 결과, 전처리한 활성탄은 기본 활성탄 시료보다 높은 흡착능력을 보였다. 본 연구의 전처리 실험에서는 산소와 암모니아를 주입하여 활성점을 제공하는 산소와 환원성 분위기를 조성하는 질소관능기를 도입하였다. 전처리 조건은 0∼25%의 암모니아와 473∼1273K의 온도이며 처리조건을 변화시킴으로써 표면 기능의 척도가 되는 세공구조와 원소조성 및 표면 관능기 등에 직접적인 영향을 주었다. 흡착능력은 고정층 반응기에서 전자 비틀림 저울로 이산화황 흡착량을 측정하여 비교하였고, 이 과정 중의 활성탄 표면의 특성변화를 원소분석, 승온탈착법, 산-염기 적정법, 주사현미경법 등의 분석 방법을 통해서 알아보았다. 그 결과, 이산화황의 최대 흡착 능력은 온도조건 973∼1173K에서 나타났다. 또한, 암모니아로 처리하지 않은 활성탄에 비하여 암모니아로 처리한 활성탄은 그 주입농도에 관계없이 이산화황의 흡착제거율을 약 48% 정도 향상시켰다.

• 공업화학
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• 제18권5호
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• pp.467-474
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• 2007

팔라듐과 금 나노입자 등이 첨착된 높은 비표면적을 갖는 Polyacrylonitrile (PAN)계 활성탄소섬유(ACF: Activated Carbon Fiber)를 제조하였다. 여러 첨착 ACF에 대하여 BET, FE-SEM, TEM, XPS 등으로 비표면적과 기공부피, 미세구조, 시간에 따른 산소관능기의 표면변화를 관찰하였으며 $SO_2$에 대한 흡착성능을 연구하였다. 그 결과 첨착과정으로 인하여 총 기공부피 대비 미세기공 부피는 95.5%에서 30.5~43.7%로 대부분 감소하였으며, 산소관능기의 표면변화는 대기중에서 시간이 경과함에 따라 나노입자보다 금속염의 산소관능기 변화가 컸음을 알 수 있었다. 또한 Au 나노입자와 금속염을 첨착한 ACF의 $SO_2$ 파과시간은 무첨착 ACF에 비하여 크게 변하지 않았으나, 100 ppm의 Pd 나노입자를 첨착한 ACF는 $SO_2$ 파과시간이 880 s로 흡착성능이 우수하였다. 이러한 결과로 볼 때 $SO_2$ 흡착성능은 시간에 따른 산소관능기의 표면 변화와 연관성이 있다고 볼 수 있으며, PAN계 활성탄소섬유에 적정한 농도의 Pd 나노입자 첨착은 촉매작용으로 인하여 $SO_2$ 흡착 성능을 증가시키는 것으로 판단된다

• 공업화학
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• 제27권3호
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• pp.319-324
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• 2016

본 연구에서는 피치계 탄소섬유의 표면처리를 위하여 탄소섬유를 산에 담지하여 전자선을 조사하고 각 처리 조건에 따른 탄소섬유의 표면 변화를 평가하였다. 산 담지용액은 질산과 과산화수소를 사용하였으며 전자선 조사량은 200, 400 kGy로 하였다. 과산화수소 담지보다 질산 담지가 탄소섬유 표면에 더 많은 산소관능기를 도입시켰으며, 질소관능기도 탄소섬유 표면에 도입되었다. 또한 전자선 조사량이 증가하면 탄소섬유에 도입되는 산소관능기가 증가하는 것을 알 수 있었다. 이는 과산화수소보다 질산이 전자선 조사에 의한 산화성 물질의 형성이 용이하고, 전자선 조사 에너지가 클수록 산화성 물질이 더 많이 형성되기 때문이다. 또한 질산 용액에서 전자선 조사에 의하여 생성되는 $NO_2$ 라디칼이 C-OH 관능기를 C=O 관능기로 산화시키는 반응이 주로 일어나므로 질산 담지 시 C=O 관능기의 생성이 유리한 것으로 나타났다.

• 공업화학
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• 제21권3호
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• pp.343-348
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• 2010

저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE) 필름의 표면을 다양한 반응 조건하에서 함산소불소화하여 hydroperoxide 관능기를 도입시켜 표면특성을 변화시켰다. 또한 생성된 hydroperoxide 관능기를 반응 개시제로 친수성 그룹을 가지는 단량체인 acryl amide (AM)와 소수성 그룹을 가지는 단량체인 methyl methacrylate (MMA)를 그라프트 중합시켜 LDPE 필름의 표면을 2차 개질하였다. 또한 LDPE, 함산소불소화 된 LDPE (OFPE), AM 및 MMA 단량체가 그라프트 된 OFPE 필름의 표면특성은 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH), 감쇠전반사 분광법, 시차주사 열량분석기 및 접촉각 측정법 등으로 분석하였다. DPPH 라디칼 분석법의 결과로부터, OFPE의 hydroperoxide 관능기의 양은 함산소불소화 총압력과 F2 가스의 부분압이 증가함에 따라 증가함을 알 수 있었다. 접촉각 및 표면 자유에너지 분석결과로부터, 함산소불소화에 의해서 생성된 hydroperoxide 관능기와 AM과 같은 친수성 그룹을 가지는 단량체의 그라프트 중합은 LDPE 필름 표면에서 물과 같은 친수성 용매의 접촉각을 감소시키고, MMA와 같은 소수성 그룹을 가지는 단량체의 경우는 LDPE 필름 표면에서 methylene diiodide와 같은 비극성 용매의 표면 접촉각을 감소시켰다. 이는 AM 및 MMA 단량체의 그라프트 중합에 의한 것으로, LDPE 필름 표면은 친수성 및 소수성 용매에 대한 젖음성이 향상되었다.

• 공업화학
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• 제28권6호
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• pp.638-644
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• 2017

전기이중층 커패시터(electric double layer capacitor, EDLC) 전극용 핏치계 활성탄소섬유의 고출력 특성을 향상시키기 위하여 불소와 산소 혼합가스의 다양한 불소분압에 따라 함산소불소화 표면처리를 수행하였다. 함산소불소화 처리된 핏치계 활성탄소섬유는 불소 부분압이 증가함에 따라 선형적인 불소관능기의 증가를 보였고, 산소관능기는 증가하였으나 부분압에 따라 차이가 없었다. 또한 함산소불소화를 통하여 활성탄소섬유 표면의 식각 반응으로 인하여 비표면적 및 기공부피는 감소하였으나 중간기공 부피는 약 4.5배 증가하였다. 50%의 불소가스 분압으로 처리한 활성탄소섬유의 경우 5와 50 mV/s의 전압주입속도에서 비정전용량이 약 29%와 61%로 증가함을 확인하였다. 이러한 비정전용량의 향상은 함산소불소화 처리를 통한 활성탄소섬유 표면의 산소 및 불소 관능기의 도입과 중간기공의 증가에 의한 효과로 사료된다.

• 공업화학
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• 제33권1호
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• pp.38-43
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• 2022

산소 플라즈마 처리에 따른 활성탄소의 산소 관능기 도입이 세슘 이온 흡착 특성에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 산소 플라즈마 처리 시 주파수, 전력 및 산소 가스 유량은 각각 100 kHz, 80 W 및 60 sccm으로 고정하였으며, 반응시간을 변수로 수행하였다. 본 실험조건에서는 산소 가스와의 반응시간이 10분일 때 C-O-C 및 O=C-O 결합 내 산소 기능기 함량이 증가함에 따라 세슘 이온 흡착량이 증가하였다. 그러나 반응 시간이 15분일 때 산소 관능기 함량이 감소하게 되어 세슘 이온 흡착량이 오히려 감소되었다. 한편, 표면 처리된 활성탄소의 산소 함량과는 달리 그 비표면적 및 기공 특성은 산소 플라즈마 반응 시간에 따라 거의 영향을 받지 않았다. 결과적으로 산소 플라즈마 처리된 활성탄소는 미처리 활성탄소에 비하여 세슘 이온 제거율이 최대 97.3%까지 향상되었다. 이는 산소 플라즈마 처리로 활성탄소 표면에 도입된 C-O-C 및 O=C-O 결합 내 산소 기능기의 함량에 기인한 것으로 판단된다.

• Elastomers and Composites
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• 제37권2호
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• pp.99-106
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• 2002

본 연구에서는 산소 플라즈마 처리에 의한 카본블랙의 표면특성과 카본블랙/고무 복합재료의 기계적 계면물성에 대하여 고찰하였다. 산소플라즈마의 산화반응에 의한 카본블랙 표면특성은 표면산도-염기도와 제타전위, 그리고 X-ray photo-electron spectroscopy (XPS)를 통하여 알아보았으며 카본블랙/고무 복합재료의 기계적 물성은 인열에너지 ($G_{III}c$)를 측정하여 관찰하였다. 본 실험결과로부터 플라즈마 처리에 의해 카본블랙 표면에 카르복시기, 하이드록시기, 락톤, 카르보닐기와 같은 산소를 함유하는 극성관능기들이 플라즈마 처리시간이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었으며, 카본블랙 표면에 산소를 함유한 관능기와 극성고무인 NBR과 높은 상호작용으로 인해 카본블랙과 고무사이의 계면 결합력이 증가하여 카본블랙/고무 복합재료의 기계적 계면물성인 tearing energy가 증가한 것을 확인할 수 있었다.

• Elastomers and Composites
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• 제40권1호
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• pp.22-28
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• 2005

본 연구에서는 실리카/고무 복합재료의 기계적 계면 물성과 열안정성에 대한 산소플라즈마의 영향에 대하여 살펴보았다. 실리카의 표면특성은 XPS와 접촉각 측정을 통하여 살펴보았다. 실리카/고무 복합재료의 기계적 물성과 열안정성은 각각 인열에너지 ($G_{IIIC}$)와 열중량분석(TGA)를 통하여 관찰하였다. 실험결과, 플라즈마 처리시간이 증가함에 따라 실리카 표면에 산소가 함유된 극성 관능기의 도입량이 증가하였으며, 이에 따라 고무 복합재료의 인열에너지와 열안정성이 향상되었다. 이러한 결과는 NBR과 같은 극성고무가 산소가 함유된 관능기가 도입된 실리카와 상대적으로 높은 상호작용을 하기 때문으로 판단된다.