• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제34권5호
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• pp.465-477
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• 2023

In proton exchange membrane fuel cell (PEMFC), proper thermal management of the stack and moisture generation by electrochemical reactions significantly affect fuel cell performance. In this study, the PEMFC dynamic characteristic model was developed through Simcenter AMESim, a development program. In addition, the developed model aims to understand the thermal resin balance of the stack and performance characteristics for input loads. The developed model applies the thermal management model of the stack and the moisture content and permeability model to simulate voltage loss and stack thermal behavior precisely. This study extended the C based AMESet (adaptive modeling environment submodeling tool) to simulate electrochemical reactions inside the stack. Fuel cell model of AMESet was liberalized with AMESim and then integrated with the balance of plant (BOP) model and analyzed. And It is intended to be used in component design through BOP analysis. The resistance loss of the stack and thermal behavior characteristics were predicted, and the impact of stack performance and efficiency was evaluated.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제52권3호
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• pp.328-334
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• 2014

정삼투막 공정을 이용한 소금 및 수크로오스 용액의 처리에서 농도분극현상이 투과유속에 미치는 영향을 검토하였다. 정삼투 공정에서 투과 유속감소는 주로 분리막 표면에서의 농도분극에 기인하며, 분리막의 지지층에서 발생한 내부농도분극에 의한 투과유속 감속이 활성층에서 발생한 외부농도분극에 의한 것 보다 더 컸다. 순수 투과유속은 삼투압이 증가함에 따라 비선형적으로 증가하였다. NaCl 용액의 활성층 배향(DS-AL)에서의 수 투과계수는 $1.8081{\times}10^{-7}m/s{\cdot}atm$, 지지층 배향(DS-SL)의 경우 $1.0957{\times}10^{-7}m/s{\cdot}atm$ 이었으며, 이로부터 산출된 막저항은 각각 $5.5306{\times}10^6s{\cdot}atm/m$, $9.1266{\times}10^6s{\cdot}atm/m$ 이었다. 수크로오스 용액의 경우 활성층 배향(DS-AL)에서의 투과유속이 지지층 배향(DS-SAL)에서의 투과유속보다 1.33~1.90배 크게 나타났다. 삼투압(${\pi}$)에 대한 투과유속(J)의 변화는 전자의 경우 $J=-0.0177+0.4506{\pi}-0.0032{\pi}^2$, 후자의 경우 $J=0.0948+0.3292{\pi}-0.0037{\pi}^2$으로 표현될 수 있었다.

• 멤브레인
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• 제29권6호
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• pp.339-347
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• 2019

정삼투 공정(forward osmosis, FO)은 역삼투 공정(reverse osmosis, RO)에 비해 저압으로 운영되므로 오염 제어, 유지 보수, 막 세정 및 잠재적 에너지 저감 측면에서 큰 이점이 있어 다양한 분야에 적용할 수 있는 기술이다. 특히, 정삼투 공정의 막오염층이 비교적 느슨하고 분산된 특성을 가지므로 역삼투 공정과 달리 물리세정만으로도 충분한 막오염 제어가 가능하다. 하지만 기존 연구들의 경우 정삼투 물리세정에 적합한 세정 유속을 적용하지 않아 최적화 운전을 하지 못했다는 한계가 있다. 따라서 이 연구는 경제적인 에너지량으로 높은 효율의 세정을 보일 수 있는 적절한 유속의 정당성 평가를 목적으로 한다. 정삼투 공정 막오염 실험을 8.54 cm/s 순환 유속으로 유지하고 세 가지 세정유속으로 회복률과 SEC (specific energy consumption) 비교 평가하였다. 이 실험의 결과로 2배속 세정이 3배속 세정의 수투과도 회복률 만큼의 높은 효율을 보이는 동시에, 2배속 세정이 높은 세정효율 및 경제적인 SEC를 보이는 적절한 유속이라는 것을 확인하였다.

• 멤브레인
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• 제30권3호
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• pp.158-172
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• 2020

수처리용 멤브레인의 기능 개선은 물과 에너지 자원 부족의 문제를 해결할 대표적인 과제로 떠오르고 있다. 나노 멤브레인을 활용한 정수 과정이 실용 가능할 수준에 도달하려면, 여과막의 표면에 박테리아나 미생물이 축적되는 생물 오손(biofouling)을 해소하는 전략이 필수적으로 고안되어야 한다. 더 높은 내구성을 가지면서도 기본적인 목적인 여과에 대한 성능 저하 없이 작동하는 수처리용 멤브레인을 합성하기 위해 현재 수많은 연구가 진행되고 있으며, 이러한 연구들에서 다루어지는 전략들은 크게 두 가지 종류로 분류될 수 있다. 이 중 일반적으로 제시되는 유형은 멤브레인의 표면에 은 나노 입자를 고정하는 방식이다. 은 나노 입자를 활용하는 방법에도, 은 나노 입자가 오염 방지의 역할을 효과적으로 수행하는 데 필요한 표면과의 유의미한 결합을 실현하기 위해 여러 가지 세부 전략들이 제안되어진다. 은 나노 입자를 사용하는 방식에서 단점이나 독성 유발 가능성 등의 위험성이 제기되면서, 은 외에도 구리, 그래핀 또는 아연 산화물, 아민 부분과 같은 물질의 입자들을 적용하여 멤브레인을 알맞게 기능화 하는 유형의 연구들 또한 진행되었다. 위 두 가지 유형의 전략들을 주제로 한 연구들은 여러 번의 시도와 실험을 거쳐 합성된 멤브레인의 표면에서 박테리아의 박멸이나 그의 번식을 예방하는 등의 몇 가지 주목할 만한 성과를 낳았으며, 향후 추가적인 연구가 필요한 점들을 제시하였다. 본 리뷰논문은 금속 나노 입자 및 기타 물질들이 수처리용 멤브레인의 표면과 결합하여 그의 방오화 특성에 기인하는 영향을 조사한 연구들에 대하여 다루고 있다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제56권1호
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• pp.1-5
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• 2018

본 연구에서는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)가 실제 구동되는 고전류밀도 범위까지 임피던스를 분석해 이온전도도에 대해 연구하였다. 가스확산층(GDL)유무가 임피던스에 미치는 영향을 수소투과도 측정에 의해 간접적으로 검토하였다. 저전류 범위(<$80mA/cm^2$)에서 상대습도(RH)가 60% 이상 높을 때는 고분자 막의 수분 함량이 충분해 막의 이온전도도가 전류 변화의 영향을 받지 않았다. 그러나 RH가 낮을 때는 전류밀도가 증가하면서 수분 생성에 의해 이온전도도가 증가했다. 고전류 영역($100{\sim}800mA/cm^2$)에서 HFR (High Frequency Resistance)로 구한 막의 이온전도도 실험값과 수치해석에 의해 구한 값을 비교하였다. RH 100%에서는 실험값과 모사한 값 모두 전류 변화에 영향을 받지 않고 일정한 이온전도도를 유지함을 보였다. RH 30~70%에서는 전류밀도 증가에 따라 이온전도도가 증가하다 일정해 지는 경향을 나타냈다.

• 멤브레인
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• 제29권2호
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• pp.111-121
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• 2019

정삼투 공정에 유용한 유도용질로서 diethyl malonate를 사용한 citrate 계열의 유기 화합물을 합성하였다. 최종적으로 얻은 potassium pentane-1,3,3,5-tetracarboxylate는 $^1H-NMR$과 $^{13}C-NMR$을 통하여 확인하였다. 유도용질의 물성을 확인하기 위해 삼투압, 용해도, 수투과도, 역염 투과도를 측정하였다. 합성한 유도용액을 사용하여 정삼투 공정을 진행한 결과, 동일한 citrate 계열인 trisodium citrate 및 tripotassium citrate보다 높은 수투과량을 나타내었으며 염의 역확산 정도는 NaCl에 비하여 매우 낮은 값을 나타내었다. 합성된 유도용질의 삼투압은 NaCl보다 약 25% 낮았으나 물에 대한 용해도는 NaCl의 8.8배인 317 g/100 g water의 값을 나타내었다. 정삼투 종료 후 유도용질의 회수를 위해 상용화된 나노여과막을 사용하였고, 낮은 압력에서 효율적으로 회수가 가능하였다.

• 멤브레인
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• 제29권4호
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• pp.223-230
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• 2019

본 논문에서는 이산화탄소 친화적인 PBEM-POEM (PBE) 공중합체를 기반으로 고분자 블렌드 분리막을 제조하는 방법을 제시한다. PBE 공중합체는 자유 라디칼 중합 반응을 통해 손쉽게 합성이 가능하며, 이를 상용 고분자인 PEG와 다양한 비율로 혼합하여 이산화탄소/질소 분리막을 제조하였다. 이산화탄소/질소 분리 성능을 테스트한 결과, PEG의 함량이 높을수록 이산화탄소 투과도는 감소하는 반면 이산화탄소/질소 선택도는 크게 증가하는 상충(trade-off) 관계가 나타났다. 그러나 PBE/PEG (9 : 1)과 PBE/PEG (7 : 3)을 비교하면 이산화탄소 투과도는 단지 8.3% 감소한 반면에 질소 투과도는 69.1%나 감소하였다. 따라서 이산화탄소/질소 선택도가 33.8에서 100.3으로 크게 증가하였다. 이것은 PBE 공중합체의 80%를 차지하는 POEM 사슬이 PEG와 상호작용하여 더욱 조밀한 구조가 되었기 때문이며, 이를 FT-IR, XRD, SEM 분석으로 확인하였다. PBE/PEG (7 : 3) 블렌드 막이 가장 최적의 기체 분리 성능을 가졌고, 이산화탄소투과도는 170.5 GPU, 이산화탄소/질소 선택도는 100.3이었다.

• 폴리머
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• 제29권6호
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• pp.599-604
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• 2005

생체적합성이 우수한 히아루론산과 생분해성이 우수한 폴리락타이드의 이량체인 락타이드를 결합하여 인체내에서 분해속도를 조절할 수 있는 생체적합성이 우수한 생체재료를 제조하였다. 냉동 건조법을 이용하여 히아루론산과 락타이드를 가교제 1-ethyl-3-(3-dimethyl aminopnpyl) carbodiimide(EDC)로 가교시켰다. 생성된 막을 핵자기 공명분광법으로 분석하여 젖산기 반응도와 EDC 반응도를 결정하였다. 히아루론산에 대한 락타이드의 몰비가 5부터 13까지 증가함에 따라 젖산기 반응도와 EDC 반응도는 증가하였다. 몰비가 커서 젖산기가 많이 첨가되면 팽윤도는 감소하고 취성이 강해졌다. 또 가교제 농도를 증가시키거나 가교 온도를 감소시키면 젖산기가 더욱 첨가되어 팽윤도는 감소하고 탄성률은 증가하였다. 서로 다른 가교도를 가진 막에 대해 약물 방출 실험을 한 결과 막의 가교도가 증가함에 따라 약물의 투과도는 감소하였다. 몰비가 커 젖산기가 많이 첨가된 고분자일수록 늦게 분해되었다. 몰비, 온도, 가교제 농도 등의 운전 변수를 조절하여 막의 기계적 물성과 분해 속도가 적절히 조절될 수 있었다.

• Natural Product Sciences
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• 제26권3호
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• pp.191-199
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• 2020

Fucoidan, a natural component of brown seaweed, has various biological activities such as anti-cancer activity, anti-oxidant, and anti-inflammatory against various cancer cells. However, the fucoidan has been implicated in melanoma cells via apoptosis signaling pathway. Therefore, we investigated apoptosis with fucoidan in A2058 human melanoma cells with dose- and time-dependent manners. In our results, A2058 cells viability decreased at relatively short-time and low-concentration through fucoidan. This effects of fucoidan on A2058 cells appeared to be mediated by the induction of apoptosis, as manifested by morphological changes through DNA-binding dye Hoechst 33342 staining. When a dose of 80 ㎍/mL fucoidan was treated, the cells were observed: crescent or ring-like structure, chromatin condensation, and nuclear fragmentation. With the increase at 100 ㎍/mL fucoidan, the cell membrane is intact throughout the total process, including membrane blebbing and loss of membrane integrity as well as increase of sub-G1 DNA. Furthermore, to understand the exact mechanism of fucoidan-treated in A2058 cells, western blotting was performed to detect apoptosis-related protein expression. In this study, Bcl-2 family proteins can be regulated by fucoidan, suggesting that fucoidan-induced apoptosis is modulated by intrinsic pathway. Therefore, expression of Bcl-2 and Bax may result in altered permeability, activating caspase-3 and caspase-9. And the cleaved form of poly ADP-ribose polymerase was detected in fucoidan-treated A2058 cells. These results suggest that A2058 cells are highly sensitive to growth inhibition by fucoidan via apoptosis, as evidenced by activation of extracellular signal-regulated kinases/p38/Bcl-2 family signaling, as well as alteration in caspase-9 and caspase-3.

• Membrane and Water Treatment
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• 제3권3호
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• pp.169-179
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• 2012

One of the major limitations in the use of commercial aromatic polyamide thin film composite (TFC) reverse osmosis (RO) membranes is to maintain high performance over a long period of operation, due to the sensitivity of polyamide (PA) skin layer to oxidizing agents, such as chlorine, even at very low concentrations in feed water. This article reports surface modification of a commercial TFC RO membrane (BW30-Dow Filmtec) by covering it with a thin film of poly(vinyl alcohol) (PVA) crosslinked with glutaraldehyde (GA) to improve its resistance to chlorine. Crosslinking reaction was carried out at 25 and $40^{\circ}C$ by using PVA 1.0 wt.% solutions at different GA/PVA mass ratio, namely 0.0022, 0.0043 and 0.013. Water swelling measurements indicated a maximum crosslinking density for PVA films prepared at $40^{\circ}C$ and GA/PVA 0.0043. ATR-FTIR and TGA analysis confirmed the reaction between GA and PVA. SEM images of the original and modified membranes were used to evaluate the surface coating. Chlorine resistance of original and modified membranes was evaluated by exposing it to an oxidant solution (NaClO 300 mg/L, NaCl 2,000 mg/L, pH 9.5) and measuring water permeability and salt rejection during more than 100 h period. The surface modification effectively was demonstrated by increasing the chlorine resistance of PA commercial membrane from 1,000 ppm.h to more than 15.000 ppm.h.