• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권5호
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• pp.687-692
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• 2016

바이오매스는 대체 에너지원으로서 재생가능하고 전 세계적으로 고르게 분포하고 있으며, 친환경적이고 탄소중립적이어서 많은 관심을 받고 있다. 굴참나무를 대상으로 바이오에너지 생산의 효용성을 알아보기 위해 기포 유동층 반응기를 이용하여 급속 열분해반응 특성 연구를 수행하였다. 반응 온도에 변화에 따른 생성물의 수율 변화를 확인하기 위해 $400{\sim}550^{\circ}C$의 온도범위에서 급속 열분해반응 실험을 진행하였고, 이때 바이오-오일의 수율은 36.98~39.14 wt%, 가스의 수율은 33.40~36.96 wt%의 값을 나타내었다. 바이오-오일의 발열량은 $500^{\circ}C$, $3.0{\times}U_{mf}$ 조건에서 20.18 MJ/kg을 나타내었다. 생성된 열분해 가스의 주 생성물은 $CO_2$, CO 및 $CH_4$이며 $CO_2$의 선택성이 37.16~50.94 mol%로 가장 높았다. 바이오-오일은 푸르푸랄, 페놀과 이들의 유도체인 1-hydroxy-2-propanone, 2-methoxy-phenol, 1,2-benzendiol, 2,6-dimethoxy-phenol에 대한 높은 선택성을 가지고 있었다.

• 전기화학회지
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• 제2권1호
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• pp.5-12
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• 1999

PVA-전구체법을 사용하여, 리튬전지의 양극물질인 $Li_xNi_{1-y}Co_yO_2$의 다결정성 분말을 합성하였다. 합성된 분말을 양극물질로 사용하여 리튬이온전지를 제조하여 전지의 전기화학적 성질을 측정하였다. PVA와 금속이온간의 상대적 양, PVA의 농도 및 중합도, 열처리조건, 금속의 조성비 등 여러 다른 합성조건을 변화시키면서, 그러한 합성상의 조건 변화가 리튬이온전지의 전지특성과 어떠한 상호관계를 갖는지 조사하였다. 전지의 초기성능에 관한 한, PVA-전구체법으로 합성한 $Li_xNi_{1-y}Co_yO_2$의 경우, 최적의 조성은 x=1.0, y=0.26인 것으로 관찰되었다. PVA-전구체법으로 합성할 경우, 전구체에 남는 잔여탄소로 인해 형성되는 $Li_2CO_3$가 전지의 성능을 저하시키는 것으로 관찰되었다. 이를 제거하기 위해 건조 공기의 흐름 속에서 열처리를 하거나, 합성 후 2차 열처리 과정에서 $500^{\circ}C$의 온도에서 건조공기의 흐름을 유지하며 annealing 처리를 하는 것이 전지의 특성을 크게 개선하는 것으로 관찰되었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권3호
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• pp.442-448
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• 2012

폐 플라스틱을 이용한 연료유 생산 공정을 위한 폴리프로필렌(PP) 수지에 대한 열분해 반응 실험을 하였다. 질소 분위기에서 상온에서 $650^{\circ}C$ 까지의 비등온 조건에서의 열분석기와 $420^{\circ}C$ 등온에서의 Pyrolyser GC-mass 분석기, $420^{\circ}C$의 배치형 반응기에서 무촉매반응과 천연제올라이트, 폐 FCC 촉매, ZSM-5 등의 제올라이트 계 촉매를 사용한 열분해 실험이 행하여졌다. TGA 실험에서 PP 수지의 열분해반응은 $330^{\circ}C$ 부근에서 시작되어, $497^{\circ}C$에서 완결되었다. 촉매반응에서 제올라이트 계열 촉매는 폐 FCC 촉매> 천연제올라이트> ZSM-5> PP의 순으로 열분해 반응속도를 높이는데 유효하였다. 열분해가 완료되는 온도도 폐 FCC 촉매 첨가 시 가장 낮게 나타났다. PY-G.C. mass 실험에서 PP 수지 만의 경우에서보다 촉매가 첨가됨에 따라 탄소 수가 낮은 생성물이 생성되는 것을 알 수 있었다. ZSM-5 촉매나 폐 FCC 촉매 첨가 시 특히 낮은 탄소 수의 생성물이 많이 생성되었다. 회분식 반응기에서 초기 오일생성율은 폐 FCC 촉매 첨가시 가장 높지만, 최종 오일전환율은 천연제올라이트 첨가 시가 폐 FCC 촉매 첨가 시보다 2% 정도 높았다. 탄소분석에서도 폐 FCC 촉매 첨가가 경유 성분이 주성분으로 요구되는 연료유 제조에 우수 하였다.

• Journal of Applied Biological Chemistry
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• 제58권1호
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• pp.39-50
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• 2015

본 연구에서는 오염토양 내 중금속 안정화 효율 평가를 위해 계분(PM), $300^{\circ}C$에서 생산한 바이오차(PBC300), $700^{\circ}C$에서 생산한 바이오차(PBC700)를 2.5, 5.0, 10.0 wt% 수준으로 토양에 처리하고 21일 간 항온배양하였다. 항온배양 후 토양의 pH는 PM 10.0 wt%, PBC300 10.0 wt%, PBC700 10 wt% 처리구에서 각각 7.51, 7.24, 7.88로 나타나 무처리구(pH 6.94)에 비해 유의적으로 증가하였는데 이는 PM, PBC300, PBC700 자체의 알칼리성에 기인한 결과로 판단되었다. 중금속의 TCLP 용출시험 결과 PM 처리구의 경우 용출되는 납(142-408% 증가), 카드뮴(39-77% 증가), 아연(20-24% 증가), 구리(241-955% 증가)의 농도가 모두 증가하였으며, 이는 PM 처리 시 급격하게 증가된 토양 내 DOC와 관련된 것으로 판단되었다. 그러나 PBC700 처리구의 경우 납, 카드뮴, 아연, 구리의 농도가 모두 감소하여 안정화되었으며, 무처리구 대비 감소율은 각각 7-23, 11-38, 11-52, 19-36%으로 나타났다. MINTEQ을 이용한 열역학 모델링 결과 PBC700 10.0 wt% 처리구에서는 납과 구리 화학종의 경우 수산화물인 $Pb(OH)_2$, $Cu(OH)_2$의 침전이 예상되었다. 특히, 납의 경우 매우 낮은 용해도를 보유한 chloropyromorphite [$Pb_5(PO_4)_3Cl$], hydroxypyromorphite [$Pb_5(PO_4)_3OH$] 등의 침전이 예상되었다. 이와 함께 SEM-elemental dot mapping을 이용한 원소분포 조사 결과, 다른 처리구와 달리 PBC700 처리구의 경우 납과 인의 분포부분이 중첩되어 두 원소간의 연관성이 있는 것으로 판단되었다. 이를 종합할 때, PBC700 처리구의 납 용출 농도의 감소는 PBC700이 함유한 인과 오염토양에 존재하는 납이 매우 안정한 형태의 화학종인 chloropyromorphite, hydroxypyromorphite 등을 형성하면서 나타난 결과로 판단된다.

• Journal of Applied Biological Chemistry
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• 제57권1호
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• pp.65-72
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• 2014

바이오차는 바이오매스의 열분해를 통해 생산되는 물질로써 최근 토양 내 탄소격리, 토양질 개선, 환경 중 오염물질의 정화 등에 우수한 효과가 있는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 외래 유해 식물인 가시박을 $300^{\circ}C$ 및 $700^{\circ}C$에서 열분해하여 바이오차를 생산하였으며, 생산된 바이오차에 대한 물리 화학적 특성평가 및 수용액 중 항생물질의 흡착제거연구를 실시하였다. 연구결과 열분해 온도가 증가함에 따라 생산된 가시박 바이오차의 pH, EC, 회분, 고정탄소함량은 증가하였으며, 수득률, 휘발분함량, 작용기는 감소하였다. 특히, H/C atomic ratio의 경우 바이오차의 방향성, O/C atomic ratio의 경우 극성과 관련된 인자로서 고온 열분해 시 바이오차의 방향성 구조의 형성이 촉진되었고, 반대로 극성작용기들이 제거되면서 극성은 감소하는 것으로 나타났다. 또한 고온에 의한 가시박 바이오매스의 인장 강도 감소로 인해 생산된 바이오차의 입자크기는 감소하였다. 수용액 중 항생물질 제거효율은 바이오차 생산 온도가 상승함에 따라 증가하였는데, BM, BC300 및 BC700의 항생물질 초기농도 대비 TC의 제거효율은 각각 38, 95, 99%, SMZ의 제거효율은 각각 6, 7, 35%인 것으로 나타나 TC에 대한 제거효율이 상대적으로 높았다. 가시박 바이오차에 의한 수용액 중 항생물질의 제거는 바이오차와 항생물질이 함유한 방향성 구조 간에 발생하는 ${\pi}-{\pi}$ EDA 작용에 의한 흡착제거기작에 기인한 것으로 판단되었다. 본 연구결과 바이오차는 여러 유기오염물질의 제거에 광범위하게 적용할 수 있을 것으로 판단된다. 이외에도 여러 가지 바이오매스, 다양한 열분해 온도조건 및 화학적 활성화를 통해 생산되는 바이오차의 특성평가와 실제 적용에 관한 연구가 필요하며, 오염물질의 제거와 동시에 토양 적용을 통한 탄소격리, 토양질 개선 등에 관한 연구도 이루어져야 할 것으로 판단된다.