• 한국재료학회지
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• 제30권12호
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• pp.655-659
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• 2020

Hydrogen isotopes (i.e. deuterium and tritium) are supplied to the tokamak in the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) fuel cycle. One important part of the ITER fuel cycle is the recycling of unused fuel back to the tokamak, as almost 99 % of fuel is unburned during fusion reaction. For this, cryogenic distillation has been used in the isotope separation system (ISS) of ITER, but this technique tends to be energy-intensive and to have low selectivity (typically below 1.5 at 24 K). Recently, efficient isotope separation by porous materials has been reported in the so-called quantum sieving process. Hence, in this study, hydrogen isotope adsorption behavior is studied using chemically stable ZIF-11. At low temperature (40 K ~ 70 K), the adsorption increases and the sorption hysteresis becomes stronger as the temperature increases to 70K. Molar ratio of deuterium to hydrogen based on the isotherms shows the highest (max. 14) ratio at 50 K, confirming the possibility of use as a potential isotope separation material.

• 멤브레인
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• 제32권3호
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• pp.173-180
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• 2022

음용수 속 암모니아의 존재는 인간의 건강에 매우 해롭다. 농작물에서의 비료 사용, 산업 폐수, 화석 연료의 연소와 같은 활동으로 인해 가용성 암모니아는 지하수를 오염시킨다. 물에 존재하는 암모니아 농도가 낮더라도 해양생물 등의 수생환경을 훼손한다. 막 기술은 암모니아를 물로부터 효과적으로 제거하기 위한 매우 중요한 과정이다. 평평한 시트 막, 막 접촉기, 그리고 막 증류법은 암모니아를 제거하여 물을 정화하는 데 사용되는 방법들 중 하나이다. 막 접촉기는 막 증류법과는 달리 상변화 없이 액체와 가스 간의 또는 액체와 액체간의 질량 전달을 통해 암모니아를 제거하는 효율적인 공정이다. 다만 이 방법은 pH가 매우 높아 암모니아 제거에 비용이 많이 든다. 제올라이트는 우수한 이온 교환 능력을 가지고 있는데, 이는 암모니아와의 상호작용을 향상시켜 폐수로부터 흡착하는 능력을 향상시킨다. 제올라이트를 함유한 혼합 매트릭스 막은 암모니아 흡착 및 폐수로부터의 분리 효율을 향상시킨다. 이 리뷰에서는 위에서 소개된 내용이 자세히 논의될 것이다.

• 한국막학회:학술대회논문집
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• 한국막학회 1994년도 제2회 하계분리막 Workshop
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• pp.45-58
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• 1994

Over the last 20 years, membrane separation processes, such as reverse osmosis, ultrafiltration and microfiltration, have been widely adopted by different industries. Commercial uses of membrane have displaced conventional separation processes, such as distillation, evaporation, precoat filter and so on. Membrane separation processes are often more capital and energy efficient when compared with conventional separation processes. Membrane devices and systems are almost always compact and modular. These are the well-known advantages of membrane separation processes. The disadvantage of the membrane process is that the process does not have scale merit and thus the membrane process is suitable for the small and middle size applications. Energy saving is, of course, the biggest advantage of the membrane process, and in many industries the membrane processes are employed because of this reason. Membrane process has other big advantage. In many applications membrane processes provide much higher quality of product than conventional processes. The example is ultrapure water production by membrane processes in semiconductor industry. Conventional technologies never offer such good quality of pure water. If you can obtain both energy saving and higher quality of product at the same time by membrane processes, this is the best application of membrane processes. One example is the concentration of orange juice by membrane, which has already been commercialized in Japan. Comparing with the conventional vacuum evaporation process, juice concentrated by the membrane process has much better taste and flavor and the energy consumption in the membrane process is much less than the evaporation process. In this paper, first membrane separation technology will be classified and then Japanese membrane manufacturers and new modules and devices under development in Japan will be introduced. Fourth energy saving in membrane process will be discussed and finally practical applications of membrane processes in Japan will be shown.

• 한국재료학회지
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• 제28권9호
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• pp.506-510
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• 2018

Nitrogen is a serious contaminant in natural gas because it decreases the energy density. The natural gas specification in South Korea requires a $N_2$ content of less than 1 mol%. Thus, cost-effective $N_2$ removal technology from natural gas is necessary, but until now the only option has been energy-intensive processes, e.g., cryogenic distillation. Using porous materials for the removal process would be beneficial for an efficient separation of $CH_4/N_2$ mixtures, but this still remains one of the challenges in modern separation technology due to the very similar size of the components. Among various porous materials, metal-organic frameworks (MOFs) present a promising candidate for the potential $CH_4/N_2$ separation material due to their unique structural flexibility. A MIL-53(Al), the most well-known flexible metal-organic framework, creates dynamic changes with closed pore (cp) transitions to open pores (ops), also called the 'breathing' phenomenon. We demonstrate the separation performance of $CH_4/N_2$ mixtures of MIL-53(Al) and its derivative $MIL-53-NH_2$. The $CH_4/N_2$ selectivity of $MIL-53-NH_2$ is higher than pristine MIL-53(Al), suggesting a stronger $CH_4$ interaction with $NH_2$.

• 멤브레인
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• 제33권6호
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• pp.369-376
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• 2023

본 연구에서는 에너지 소모가 큰 기존 진공 증류 공정의 대안으로 친환경이면서 에너지 효율적인 투과증발 분리공정을 이용하여 1,2 hexane diol/water (1,2 HDO/water) 혼합물에서 물을 분리하는 데 적용되었다. 사용한 분리막은 glutaraldehyde (GA)로 가교된 PVA를 알루미나 중공사 막(Al-HF) 내부에 코팅하여 사용하였다. 1,2 HDO/water 투과증발 분리공정에서는 PVA/GA 비율, 경화 온도 및 투과증발 분리공정 운전 조건에 대한 막의 최적화를 연구하였다. 장기 안정성 시험에서 PVA/GA (몰 비율 = 0.08, 경화 온도 = 80℃) 로 코팅된 Al-HF 막이 공정온도 40℃에서 1.90~2.16 kg/m²h 범위의 투과도를 보였으며, 투과용액의 수분 함량은 99.5% (separation factor = 68) 이상이었다.

• 한국가스학회지
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• 제24권1호
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• pp.17-22
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• 2020

Naphtha Cracker Gas Splitter Unit 공정은 증류공정에서 얻어지는 경질납사(Light Naphtha)를 Furnace에서 열분해하여 나오는 유분을 각각 끓는점 차이에 따라 메탄, 에틸렌, 프로필렌 반제품등으로 순차적으로 분리한다. 이런 전통적인 분리방법은 2성분을 분리하는 증류탑을 연속으로 설치하여 생산한다. 이러한 분리방법은 Reboiler에서 발생하는 에너지가 증류탑 내부의 성분들을 분리하는 데 사용된 후 증류탑 상부 Condenser에서 응축열로 버려지기 때문에 에너지 낭비가 큰 것으로 알려져 있다. 본 연구에서는 납사 열분해공정내의 가스분리공정의 2개의 증류탑을 Petlyuk Column으로 설계하였다. 증류탑내 조성분포가 평형관계만으로 계산되는 이상단수 효율하에서 stage to stage 계산방법으로 구조적 설계를 하였고 일반 증류탑과 비교한 결과 제시된 Petlyuk Column의 설계방법이 기존의 설계 방법인 3-Column 모델법보다 설계 시간이 단축될 뿐만 아니라 증류탑내의 Liquid의 조성분포를 평형증류 조성곡선과 유사하도록 설계함으로써 에너지 효율측면에서도 효율적임을 증명하였다. 또한 같은 tray 단수하에서 Petlyuk Column은 일반 증류탑 대비 12.1% 에너지가 절약되어 국내 총생산량 기준할 때 하루 4,400만원 비용 절감을 가져오고 추가로 Condenser 및 Reboiler 사용량 감소에 따른 초기 투자비도 절감됨을 알 수 있었다. 12.1% 에너지가 절약될 뿐만 아니라 Condenser 및 Reboiler 사용량 감소에 따른 초기 투자비도 절감됨을 알 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제57권4호
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• pp.484-491
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• 2019

산업적으로 중요한 가치를 지니는 폴리프로필렌 합성의 원료인 프로필렌을 고순도로 얻기 위해서는 효율적인 프로필렌/프로판 분리 기술이 필요하다. 기존 증류 공정은 프로필렌과 프로판의 유사한 물리화학적 성질로 인해 매우 높은 에너지가 소모되기때문에, 흡착분리 기술이큰관심을받고있다. 본연구에서는 Grand Canonical Monte Carlo (GCMC) 분자 모사를 활용하여 기공의 형태가 다른 두 종류의 유무기복합다공체(Metal-Organic Frameworks)의 빈금속배위자리(open metal sites) 흡착 강도를 임의로 조절하며 프로필렌/프로판 흡착 분리 성능의 변화를 조사하였다. 흡착 분리 성능은 작업 용량, 선택도, Adsorption Figure of Merit (AFM) 등으로 평가하였고, 이를 통해 흡착제가 최적의 프로필렌/프로판 분리 성능을 가지기 위해 필요한 흡착 사이트의 밀도 및 강도 그리고 온도 조건 등을 제시하였다.