• Applied Chemistry for Engineering
• /
• v.34 no.6
• /
• pp.567-575
• /
• 2023

Water electrolysis is undergoing active research as one of the promising technologies for producing effective green hydrogen. Using seawater directly as a raw material for a water electrolysis system can solve the problem of the limitations of existing freshwater raw materials, as seawater accounts for approximately 97% of the water on Earth. At the same time, abundant by-product materials can be obtained, representative examples of which are Cl₂, ClO^-, Br₂, and Mg(OH)₂ produced during electrolysis, depending on their composition and pH environment. In order to develop a successful seawater electrolysis system and oxygen evolution reaction (OER) and hydrogen evolution reaction (HER) catalysts, it is necessary to understand the causes and consequences of reactions that occur in the seawater environment. Therefore, in this paper, we will investigate the reaction mechanism and characteristics of the seawater electrolysis system as well as the research and development trends of electrochemical catalysts used in anode and cathode electrodes.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
• /
• 2016.11a
• /
• pp.168-168
• /
• 2016

최근 크로메이트 피막의 대체로서 실란 커플링제를 사용한 화성처리가 주목되고 있다. 실란 커플링제는 $R^{\prime}-(CH_2)_n-Si(OR)_3$로 나타내며 OR은 가수분해 가능한 메톡시기, 에톡시기 등의 알콕시기이다. OR기는 가수분해하여 반응성이 높은 시라놀기(-SiOH)를 생성하여 금속표면에 흡착하기 쉽다. 이후, 건조할 때 탈수 축합하여 공유결합이 가능하다. R'는 탄화수소에 한정되지 않고 성질이 다른 원소의 관능기를 나타내며 아미노(amino)기, 글리시딜(glycidyl)기, 멜캅토(melcapto)기, 비닐(vinyl)기를 들 수 있다. 실란 커플링제 가운데 아미노기를 갖는 실란 커플링제는 아연도금 강판을 포함한 다양한 금속의 내식성을 향상시킬 수 있는 화합물의 하나이다. 본 연구에서는 아미노기를 함유한 실란 커플링제에 인산 수용액을 도포하여 수세하지 않고 건조하여 피막을 형성시켰다. 또 부식거동 조사를 목적으로 아미노기를 함유한 실란 커플링제를 사용하여 초산첨가의 경우와 비교하였다.

• Membrane Journal
• /
• v.13 no.3
• /
• pp.143-153
• /
• 2003

The effects of bipolar interface formed on the surface of cation-exchange membrane on water splitting phenomena were investigated. Results showed that the formation of immobilized bipolar interface resulted in significant water splitting during electrodialysis. In particular, the immobilized bipolar interface was easily created on the cation-exchange membrane surface in the electrodialytic systems where multivalent cations served as an electrolyte. Multivalent cations with low solubility product resulted in violent water splitting because they were easily precipitated on the membrane surface in hydroxide form. Therefore, the bipolar interface consisting of H- and OH-affinity groups were formed on the membrane-solution interface. Apparently, water splitting was largely activated with the help of strong electric fields generated between the metal hydroxide layer and fixed charge groups on the membrane surface. Likewise, the accumulation of large molecular counter ions on the membrane surface led to the formation of a fixed bipolar structure that could cause significant water splitting in the over-limiting current region. Therefore, the prevention of the immobilization of bipolar interface on the membrane surface is very essential in improving the process efficiency in a high-current operation.

• Membrane Journal
• /
• v.22 no.2
• /
• pp.95-103
• /
• 2012

To treat nitrate and non-biodegradable organics effectively in sewage, industrial wastewater and livestock wastewater, the activated sludge process integrated by a membrane separation and a porous electrode- electrolysis was proposed and its efficiency was investigated. The proposed system was consisted of 3 processes; activated sludge, membrane filtration and electrolysis. In the study, the membrane filtration played a role in reducing the load of the electrolysis to operate the proposed process stably. The electrolysis consisted of a porous electrode to increase the efficiency due to the extension of the specific surface area. Additionally, redox reaction in the electrolysis was induced by decomposing influent water as current was applied. As a result, hydrogen free radicals and oxygen radicals as intermediates were produced and they acted as oxidants to play a role in decomposing non-degradable organics. It was environmentally-friendly process because intermediates produced by porous electrode were used to treat waste matters without supplying external reagent. Experimental data showed that the proposed process was more excellent than activated sludge process. SS removal efficiencies of the proposed process, membrane filtration and activated sludge process were about 100%, about 100% and about 90%, respectively. COD removal efficiencies of the proposed system, membrane filtration and activated sludge process were about 92%, about 84% and about 78%, respectively. T-N removal efficiencies of the proposed system, membrane filtration and activated sludge process were about 88%, about 67%, and about 58%, respectively. The SS data showed that SS was efficiently removed in the single of the membrane filtration. The COD/T-N data showed that COD/T-N of membrane hybrid process was treated by removing a little soluble organics and SS, and that COD/T-N of electrolysis hybrid process was treated by oxidize organics with high removal rate.

• JOURNAL OF ELECTRICAL WORLD
• /
• s.271
• /
• pp.63-68
• /
• 1999

오존(Ozone) 이용의 역사는 19세기의 음료수 살균으로 거슬러 올라간다. 그후 선택적 화학반응을 이용한 화학합성, 1970년대의 공해대책시대의 배수(排水)탈색(脫色)$\cdot$탈취(脫臭), 수질 유지로 진전되어 왔다. 최근에는 특히 여러 가지 제품의 제조프로세스 등에서 환경부하가 적고 생산성이 좋은 프로세스가 요청되고 있어, 그러한 관점에서도 분해 후 무해한 산소로 되돌아가는 산화제인 오존의 활용이 기대를 모으고 있다. 기술면에서는 오존 단독처리에 더하여 과산화수소나 자외선과의 병용에 의한 촉진산화처리, 생물처리와의 병용처리 등 반응속도의 향상, 비처리물질의 확대를 겨냥한 새로운 반응기술, 대용량$\cdot$고농도 오조나이저(Ozonizer), 클린 오조나이저 등, 적용분야의 확대를 가능케 하는 오존발생기술, 하드웨어 기술의 진보가 현저하다. 최근에는 이 최신기술과 다른 기술과의 복합에 의한 새로운 제안도 많이 나오고 있으며, 수처리를 중심으로 신(新)프로세스에 더하여, 예를 들면 펄프 표백(漂白) 프로세스와 반도체 제조프로세스 등에의 적용이 급속하게 확대되는 경향이 있어, 바야흐로 새로운 분야를 개척하게 됨으로써 고객의 요구가 다시 신기술을 일으키는 쪽으로 돌아가고 있다고 할 수 있다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
• /
• 2000.02a
• /
• pp.96-96
• /
• 2000

화학증착법으로 증착된 다이아몬드 박막은 우수한 전기적 특성과 뛰어난 화학적, 열적 안정성 때문에 전계방출소재로 많은 관심을 불러 일으키고 있다. 다이아몬드 박막의 전계방출은 저전계에서 일어나는 것으로 알려져 있으며, 저전계방출의 원인을 규명하려는 많은 연구가 진행되어 왔다. 한편, 다이아몬드 박막의 전계방출전류는 금속기판의 사용에 의한 기판/다이아몬드 접촉의 개선, 다이아몬드 박막내의 흑연성분의 조절에 의한 구조변화, 보론이나 인 (P), 질소의 도핑, 수소 플라즈마나 cesium 등의 금속을 이용한 표면처리 등의 여러 방법에 의하여 향상된다는 것이 입증되었다. 그 외에 메탄과 대기 분위기 처리, 암모니아 분위기에서의 레이저 조사도 전계방출특성을 향상시키는 것으로 보고되었다. 그러나, 다이아몬드 박막의 성장후 구조적 특성이 다른 박막의 후성장이나 열분해된 운자수소 처리가 다이아몬드 박막의 전계방출특성에 미치는 영향에 관한 연구는 지금까지 이루어지지 않았다. 본 연구에서는 수소처리와 후성장이 다이아몬드 박막의 전계방출특성에 미치는 영향을 고찰하고 이로부터 그 원인을 규명하고자 하였다. 다이아몬드 박막은 hot-filament 화학증착법을 이용하여 증착하였다. 후성장한 다잉아몬드 박막내의 흑연성분과 박막의 두께를 체계적으로 조절하여 후성장 박막의 구조적 특성과 그 두께의 영향을 확인할 수 있었다. 후성장층내의 흑연성분과 두께가 증가할수록 전계방출특성은 향상되다가 저하되었다. 한편, 다이아몬드 박막을 성장시킨 후 수소분위기 처리를 함에 따라 전계방출특성은 향상되었지만 수소처리시간이 5분 이상으로 증가함에 따라 그 특성은 저하되었다. 본 연구에서는 수소처리와 후성장시 나타나는 전계방출특성의 변화 원인을 규명하고자 한다.기판위에서 polymer-like Carbon 구조는 향상되는 경향을 보였다.0 mm인 백금 망을 마스크로 사용하여 실제 3차원 미세구조를 제작하여 보았다. 그림 1에서 제작된 구조물의 SEM 사진을 보여주었으며, 식각된 면의 조도가 매우 뛰어나며 모서리의 직각성도 우수함을 확인할 수 있다. 이와 같이 도출된 시험 조건을 기초로 하여 리소그래피 후에 전기 도금을 이용한 금속 몰드 제작 및 이온빔 리소그래피 장점을 최대한 살릴수 있는 미세구조 제작에 대한 연구를 계속 추진할 계획이다. 비정질 Si1-xCx 박막을 증착하여 특성을 분석한 결과 성장된 박막의 성장률은 Carbonfid의 증가에 따라 다른 성장특성을 보였고, Silcne(SiH4) 가스량의 감소와 함께 박막의 성장률이 둔화됨을 볼 수 있다. 또한 Silane 가스량이 적어지는 영역에서는 가스량의 감소에 의해 성장속도가 둔화됨을 볼 수 있다. 또한 Silane 가스량이 적어지는 영역에서는 가스량의 감소에 의해 성장속도가 줄어들어 성장률이 Silane가스량에 의해 지배됨을 볼 수 있다. UV-VIS spectrophotometer에 의한 비정질 SiC 박막의 투과도와 파장과의 관계에 있어 유리를 기판으로 사용했으므로 유리의투과도를 감안했으며, 유리에 대한 상대적인 비율 관계로 투과도를 나타냈었다. 또한 비저질 SiC 박막의 흡수계수는 Ellipsometry에 의해 측정된 Δ과 Ψ값을 이용하여 시뮬레이션한 결과로 비정질 SiC 박막의 두께를 이용하여 구하였다. 또한 Tauc Plot을 통해 박막의 optical band gap을 2.6~3.7eV로 조절할 수 있었다. 20$0^{\circ}C$이상으로 증가시켜도 광투과율은 큰 변화를 나타내지 않았다.부터

• Proceedings of the Korea Water Resources Association Conference
• /
• 2012.05a
• /
• pp.477-477
• /
• 2012

미생물 연료전지는 정부가 추진하고 있는 신성장 동력사업의 녹색성장 정책에 부합하는 환경융합 신기술로써 일상생활에서 배출되는 하 폐수와 같은 유기물질을 전자공여체로 이용하여 전기에너지를 생산 할 수 있다는 점에서 각광받고 있다. 미생물 연료전지는 산화전극부의 미생물이 공급된 유기물질 을 분해하여 전자와 수소이온을 생성시키며 이들은 산소가 존재하는 환원전극부로 이동하여 물로 환원 됨 으로써 전기를 생성한다. 전기 화학적 성능의 향상을 위해 미생물 연료전지에서는 환원전극부에 서의 산소와 전자 및 수소이온의 빠른 환원반응을 유도해 주는 Pt촉매를 이용한다. 하지만 고가의 Pt 촉매는 미생물 연료전지의 현장적용을 위한 규모확장 시 초기비용이 증가되는 문제점을 초래한다. 이에 미생물 연료전지의 대체촉매 개발에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 화학적 연료전지에 관한 논문에서 연료전지의 촉매로 산소 환원반응에 높은 성능을 보이는 Co-N/C 형태의 Cobalt poly-pyrrole carbon가 제시 되었다. 이는 가격적인 측면에서는 Pt촉매의 약1/10배 정도 수준이지만 셀 성능은 Pt촉매의 95%정도의 효율을 보인다는 측면에서 향후 Pt 대체촉매로 가능성을 보여주는 새로운 비금속 촉매물질이다. Cobalt poly-pyrrole carbon이 Pt-catalsyt 셀 전압 성능 대비 약 66 %의 효율을 보였고 내부저항과 최대전력 밀도에 있어서도 촉매를 사용하지 않은 경우와 비금속 촉매의 성능보다 높음을 알 수 있었다. 본 연구는 Pt-catalsyt를 대체할 수 있는 저가의 산소환원 촉매물질 발굴을 위해 미생물연료전지에서 사용된 전례가 없으며 현재 화학전지의 촉매로 널리 쓰이고 있는 Cobalt poly-pyrrole carbon의 산소환원 촉매로써의 이용가능성을 평가하기 위해 실시되었으며, 평가한 결과는 첫 번째로 Cobalt poly-pyrrole carbon을 사용한 경우가 촉매를 사용하지 않은 경우와 비금속 촉매보다 환원 전극부에서의 원활한 환원작용이 진행되고 있음을 추측할 수 있으며 Pt-catalyst와 비교하였을 때 성능 대비 저렴한 가격으로 가격 경쟁력에 있어서 우월하다고 판단되었고 두 번째로 전기화학적 성능평가 및 EIS를 이용한 환원전극부의 내부저항 평가를 실시한 결과 셀 전압에 있어서 가장 많은 도말량 ($2.0mg/cm^2$)이 높은 성능을 보이고 있음을 알 수 있었다.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
• /
• 2017.05a
• /
• pp.167.1-167.1
• /
• 2017

전이금속 디칼코게나이드는 서로 다른 전이 금속원소와 칼코겐 원소의 결합으로 이루어진 층상 구조의 물질이다. 그 중 텅스텐 이황화물($WS_2$)은 전이금속 화합물로써 풍부한 매장량으로 인하여 가격면에서 매우 저렴하며, 높은 온도에서도 잘 견딜 수 있는 열 내구성이 강해 물 분해 반응에서 촉매로 사용될 수 있는 가능성이 제시되었다. 이러한 $WS_2$을 매장량이 적은 고비용의 백금계 촉매를 대체하기 위한 물질로서 많은 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 $WO_3$ 콜로이드 용액을 전기 영동 및 황화 처리 이용하여 $WS_2$를 합성하여 수소 발생 반응(Hydrogen Evolution Reaction, HER)촉매로서의 가능성을 확인하였다.

• Proceedings of the KIEE Conference
• /
• 2008.04c
• /
• pp.233-235
• /
• 2008

본 논문에서는 신 재생에너지원 중 큰 축을 이루고 있는 태양광과 연료전지 발전시스템을 연계하여 하이브리드 발전시스템에 대하여 제안하였다. 태양광으로부터 발생되는 전력을 이용하여 부하에 공급함과 동시에 수전해장치를 구동시키고, 수전해장치는 전기분해시 필요한 전력을 태양광으로부터 공급받아 수소를 생산하게 된다. 본 시스템은 앞으로 가정에 적용될 수 있는 분산전원용 발전시스템의 기초 연구로써 신 재생에너지의 보급확대에 큰 기여를 할 것으로 사료된다.

• Journal of the Speleological Society of Korea
• /
• no.75
• /
• pp.1-8
• /
• 2006

투어멀린(Tourmaline)은 비대칭 쌍극자를 가진 유극성 결정체로 광물 중에서 영구적으로 전기분극 특성을 띄고 있는 유일한 물질로써, 일명 "전기석"이라고 알려져 있다. 자체의 미약 전류(약 0,06mA)와 함께 음이온 및 원적외선의 발생으로 최근 우리 주변에서 건강과 환경정화를 위한 관심 대상의 투어멀린은 육방정계의 압전성 띤 초전성을 띄는 붕규산염으로, 물분자를 만나면 수소(H+)와 수산기(OH-)로 분해하여 친수기와 소수기를 구분하여 발생하며, H+와 OH-는 다시 각각 H2O와 결합하여 활성이 강한 hydronium ion(H3O+)과 계면활성 작용이 있는 hydroxyl ion(H3O2-)을 생성한다. 물속에서 불안정한 상태로 존재하는 수산기는 hydroxyl (-)ion을 형성하여 약 알카리성$(pH{\sim}7.4)$을 띄고, 물의 클러스터 (cluster)를 세분화하는 수질개선 기능과 함께 살균, 항균 및 세균번식억제 효과를 갖는 것으로 확인되었다. 따라서 투어멀린 소결체를 활용하여 그 처리수의 특성조사 및 기능개발과 함께 대장균의 번식억제 작용 및 살균작용과 수질개선 기능 등 유용한 결과의 분석으로부터 다양한 응용성을 확보하였다.