• 한국가스학회지
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• 제26권4호
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• pp.9-17
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• 2022

본 연구는 기존 연구에서 다루었던 기체상태의 CO₂를 송출시 주입관내 상변화 및 유동특성 연구의 계속으로 액체 상태의 CO₂를 송출하여 초임계 상태로 주입시의 연구 결과이다. 지중에 CO₂를 저장하는 기술은 높은 주입성, 저장량 및 경제성으로 기후 변화를 완화하는 효율적인 방법중 하나이다. 심부 대수층에 CO₂를 주입 및 저장하는 실증 프로젝트인 포항분지 CO₂ 지중저장 사업은 미래 대규모 CO₂ 지중 저장 사업에 필요한 기술을 개발하는데 목적이 있다. 이 사업의 설계 단계에서 고려해야 하는 문제 중 하나는 CO₂를 주입시 주입관내 CO₂의 상(phase)변화 및 그에 따른 유동특성의 분석이다. 이러한 문제 해결을 위해 주입량에 따른 압력, 온도 및 열역학적인 물성값 등을 계산하여 주입설비의 송출 조건을 결정한다. 본 연구를 위해 액체 상태의 CO₂를 송출하고 초임계로 변하는 주입관내 상변화 및 유동 특성을 OLGA 프로그램을 사용하여 수치해석적으로 분석하였다. 결과를 통하여 CO₂의 주입 시스템과 저장소의 공저압을 연계하는 주입 송출 조건을 제시하였다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제61권3호
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• pp.388-393
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• 2023

지도 학습 기반의 신경 망을 활용한 공학적 자료의 분석은 화학공학 공정 최적화, 미세 먼지 농도 추정, 열역학적 상평형 예측, 이동 현상 계의 물성 예측 등 다양한 분야에서 활용되고 있다. 신경 망의 지도 학습은 학습 자료를 요구하며, 주어진 학습 자료의 구성에 따라 학습 성능이 영향을 받는다. 빈번히 관찰되는 공학적 자료 중에는 DNA의 길이, 분석 물질의 농도 등과 같이 로그 간격으로 주어지는 자료들이 존재한다. 본 연구에서는 넓은 범위에 분포된 로그 간격의 학습 자료를 기계 학습으로 처리하는 경우, 사용 가능한 손실 함수들의 학습 성능을 정량적으로 평가하였으며, 적합한 학습 자료 구성 방식을 연구하였다. 이를 수행하고자, 100×100의 가상 이미지를 활용하여 기계 학습의 회귀 과업을 구성하였다. 4개의 손실 함수들에 대하여 (i) 오차 행렬, (ii) 최대 상대 오차, (iii) 평균 상대 오차로 정량적 평가하여, mape 혹은 msle가 본 연구에서 다룬 과업에 대해 최적의 손실 함수가 됨을 알아내었다. 또한, 학습 자료의 값이 넓은 범위에 걸쳐 분포하는 경우, 학습 자료의 구성을 로그 간격 등을 고려하여 균등 선별하는 방식이 높은 학습 성능을 보임을 밝혀내었다. 본 연구에서 다룬 회귀 과업은 DNA의 길이 예측, 생체 유래 분자 분석, 콜로이드 용액의 농도 추정 등의 공학적 과업에 적용 가능하며, 본 결과를 활용하여 기계 학습의 성능과 학습 효율의 증대를 기대할 수 있을 것이다.

• 대한화학회지
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• 제31권4호
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• pp.334-343
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• 1987

$NiL_m{^{2+}}$착이온 {$Ni(rac-1[14]7-diene)^{2+},\;Ni(meso-1[14]7-diene)^{2+},\;Ni(1[14]4-diene)^{2+},\;{\alpha}-Ni(rac-[14]-decane)^{2+},\;{\beta}-Ni(rac-[14]-decane)^{2+},\;and\;Ni(meso-[14]-decane)^{2+}$}과 $CN^-$이온 사이의 화학반응은 분광광도법으로 연구하였다. $NiL_m{^{2+}}$착이온과 $CN^-$이온으로부터 1:1착이온, $[NiLm(CN)]^+$생성반응의 평형상수$(K_1)$는 3 ~ $25^{\circ}C$ 범위에서 결정되었다. $NiL_m{^{2+}}$착이온이 $Ni(rac-1[14]7-diene)^{2+},\;Ni(meso-1[14]7-diene)^{2+},\;Ni(1[14]4-diene)^{2+},\;{\alpha}-Ni(rac-[14]-decane)^{2+},\;{\beta}-Ni(rac-[14]-decane)^{2+}$, 그리고 $Ni(meso-[14]-decane)^{2+}$일때 평형상수($K_1$)은 $15^{\circ}C$에서 각각 4.7, 5.3, 6.2, 7.5, 9.4, 및 9.8이었다. $K_1$값은 온도가 증가함에 따라 감소하였다. $K_1$에 대한 온도영향으로 부터 열역학적 파라메터 $({\Delta}G^{\circ},\;{\Delta}H^{\circ},\;{\Delta}S^{\circ})$를 계산하였으며, 이 결과 $[NiLm(CN)]^+$ 생성반응은 모두 발열반응으로 나타났다. $NiL_m{^{2+}}$ 착이온과 $CN^-$이온은 반응하여 Ni(CN)_4{^{2-}}$이온과 거대고리 리간드 (Lm)가 생성된다. $[CN^-],\;[HCN],\;and\;[OH^-]$ 변화에 따라 $Ni(CN)_4{^{2-}}$이온의 생성속도는 0.5M $NaClO_4$, 온도 3∼$25^{\circ}C$ 범위에서 연구되었다. $[CN^-]$가 일정할 때 [HCN]가 증가하면 $k_{obs}/[CN^-]^2$값은 선형으로 증가하였다. $OH^-$ 이온이 과량으로 존재할 때 [$OH^-$]에 따라 역시 $k_{obs}/[CN^-]^2$ 값은 선형으로 증가하였다. $NiL_m{^{2+}}$ 착이온과 $CN^-$이온 반응의 속도상수($k_{obs}$)에 대한 온도영향으로 부터 활성화 파라메터$({\Delta}H^{\neq},\;{\Delta}S^{\neq})$를 결정하였다. $Ni(rac-1[14]7-diene)^{2+},\;Ni(meso-1[14]7-diene)^{2+},\;{\alpha}-Ni(rac-[14]-decane)^{2+},\;{\beta}-Ni(rac-[14]-decane)^{2+}$, 그리고 $Ni(meso-[14]-decane)^{2+}$ 순서로 d-d 전이에너지, $ν(cm^{-1})$가 감소할수록, ${\Delta}H^{\neq}$도 점차적으로 감소하였다. 그리고 5가지의 $NiL_m{^{2+}}$ 착이온과 $CN^-$이온 사이의 반응은 동일한 경로로 반응이 진행되었다.

• 한국광물학회지
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• 제30권2호
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• pp.59-70
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• 2017

$SiO_2$는 지각과 맨틀을 구성하는 풍부한 물질로 고압 상태의 $SiO_2$ 원자구조를 결정짓는 전자구조적 특성에 대한 상세한 이해는 지구 내부의 탄성과 열역학적 성질에 대한 통찰을 제공한다. $SiO_2$처럼 경원소(low-z)로 이루어진 지구 물질의 고압상 전자구조는 in situ 고압 XRS (x-ray Raman scattering) 실험을 통해 연구되어 왔다. 하지만 기존의 고압 실험 방법으로는 물질의 국소 원자구조와 XRS 스펙트럼 간 상관관계를 밝히는데 한계가 있다. 이를 극복하고 더 높은 압력에서 존재하는 $SiO_2$에 대한 XRS 정보를 얻기 위해 밀도 범함수 이론(density functional theory; DFT)에 기반을 둔 제1원리(ab initio) 계산법을 이용한 XRS 스펙트럼 계산 연구들이 진행되고 있다. 비탄성 X-선 산란에 의하여 원자핵 주변 1s 오비탈에 만들어지는 전자-정공(core-hole)은 경원소 물질의 국소 전자구조에 크게 영향을 미치기 때문에 O K-edge XRS 스펙트럼 형태를 계산할 때 중요하게 고려해야 한다. 본 연구에서는 온-퍼텐셜 선형보충파(full-potential linearized augmented plane wave; FP-LAPW) 방법론에 기반하는 WIEN2k 프로그램을 사용하여 ${\alpha}-quartz$, ${\alpha}-cristobalite$ 그리고 $CaCl_2$-구조를 갖는 $SiO_2$에 대한 O 원자 전자 오비탈의 부분 상태밀도(partial density of states; PDOS)와 O K-edge XRS 스펙트럼을 계산하였다. 또한, $CaCl_2$-구조를 갖는 $SiO_2$의 O 원자 PDOS의 전자-정공 효과의 적용 여부에 따른 차이를 비교하여, 원자핵 부근 전자구조 변화에 따른 PDOS의 피크 세기와 위치 변화가 크게 나타났다는 사실을 확인할 수 있었다. 또한 계산된 각 $SiO_2$ 구조의 O K-edge XRS 스펙트럼이 각 $SiO_2$ 구조에서 계산된 O 원자의 $p^*$ 오비탈의 PDOS 결과와 매우 유사한 형태를 갖고 있음을 확인하였다. 이는 O K-edge XRS 스펙트럼이 갖는 대부분의 특징적인 피크들이 O 원자의 점유 1s 오비탈에서 $2p^*$ 오비탈로의 전자전이에 기인하기 때문이다. 본 연구의 결과는 $SiO_2$에 대한 정확한 O K-edge XRS 스펙트럼을 계산하는데 있어 전자-정공 효과를 고려해야 한다는 사실을 보여준다. 또한, 실험적으로는 재현이 어려운 고압 환경에 존재하는 $CaCl_2$-구조를 갖는 $SiO_2$ (~63 GPa)에 대한 O K-edge XRS 스펙트럼 계산을 통해, 제1원리 계산이 고압상 물질의 물성 연구에 이용될 수 있다는 사실을 보여준다.

• 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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• 제18권1호
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• pp.1-8
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• 2015

본 연구에서 새롭게 도출된 총알칼리도($Alk_T$)와 총이산화탄소($TCO_2$) 분석방법의 정밀도와 정확도를 확인하기 위해 스크립스 해양 연구소에서 제조된 이산화탄소 표준물질(Batch 132; $Alk_T=2229.24{\pm}0.39{\mu}mol/kg$, $TCO_2=2032.65{\pm}0.45{\mu}mol/kg$)을 분석하였다. 분석 결과, 총알칼리도와 총이산화탄소의 평균 농도는 각각 $2354.09{\mu}mol/kg$과 $2089.60{\mu}mol/kg$으로 제시된 농도 값과 총알칼리도는 약 5.6%, 총이산화탄소는 약 2.3%의 차이를 보였다. 기존의 알칼리도 측정방법(Gran Titration)과 본 연구 분석 방법을 중탄산나트륨($NaHCO_3$) 0.340 g($Alk_T$ $2023.33{\mu}mol/kg$) 용액에 적용하여 비교 실험을 진행한 결과, 기존의 방법으로 측정된 중탄산나트륨의 평균 알칼리도 농도는 $2193.39{\mu}mol/kg$(sd=57.15, n=7)이었고, 본 연구방법의 경우 $2017.02{\mu}mol/kg$(sd=10.98, n=7)의 알칼리도 평균 농도를 보였다. 또한, 초순수와 해수에 중탄산 나트륨을 첨가해 총알칼리도의 수득률(recovery yield)을 측정한 실험에서 초순수에 대한 첨가실험은 다양한 농도 변화 범위($0{\sim}4952.39{\mu}mol/kg$) 내에서 평균 약 100.8%($R^2$=0.999), 해수에 대한 첨가실험은 다양한 농도 변화 범위($0{\sim}2041.32{\mu}mol/kg$)내에서 평균 약 102.3%($R^2$=0.999)로 나타났다. 해수의 이산화탄소 분압($pCO^2$)을 측정하는 Pro Oceanus사의 PSI-Pro$^{TM}$을 사용하여 측정된 이산화탄소 분압과 본 연구를 통해 측정된 $H_2CO_3^*$ 농도와의 비교 실험을 시행한 결과, 약 2주간의 경시변화 실험을 통하여 측정된 이산화탄소 분압은 $427{\sim}705{\mu}atm$의 변화를 보였고, 본 연구방법으로 측정된 $H_2CO_3^*$의 농도는 $9.15{\sim}15.24{\mu}mol/kg$의 변화를 보였다. 측정된 분압과 계산된 $H_2CO_3^*$ 농도의 결정계수($R^2$)는 0.977로 나타났다. 본 연구방법을 적용해 동해 강릉 사천항의 표층 해수 중의 총알칼리도와 총이산화탄소의 일 변화 측정실험 결과, 두 항목의 농도는 일몰 이후 증가하고 일출 이후부터는 감소하는 경향을 보였다. 총이산화탄소와 용존산소의 농도는 상반되는 경향을 나타냈는데 이는 식물플랑크톤의 광합성과 호흡의 영향으로 생각된다. 현장 선상에서 시행된 북동태평양의 클라리온-클리퍼톤 균열대(Clarion-Clipperton Fracture Zone)에서 총알칼리도와 총이산화탄소의 측정실험 결과, 표층(0~60 m)과 저층(200~2000 m)에서 총알칼리도의 평균 농도는 각각 $2422.38{\mu}mol/kg$(sd=78.73, n=20)과 $2465.87{\mu}mol/kg$(sd=57.68, n=103)로 측정되었고, 표층과 저층저층의 총이산화탄소 평균 농도는 각각 $2134.47{\mu}mol/kg$(sd=65.40, n=20)과 $2431.87{\mu}mol/kg$(sd=65.02, n=103)으로 측정되었다. 총알칼리도와 총이산화탄소의 수직 분포는 수심이 증가할수록 점차 농도가 증가하는 경향을 확인할 수 있었으며, 측정된 농도 결과는 부근해역에서의 기존 연구결과보다 약간 높은 경향을 보였다.