• 한국산학기술학회논문지
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• 제19권1호
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• pp.18-24
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• 2018

친환경자동차의 보급 확대를 위한 정책수립과 기술개발이 지속적으로 이루어지고 있는 실정이나 아직까지도 내연기관이 차지하는 비중은 약 95% 차지하고 있다. 화석연료를 기반으로 하는 내연기관의 엄격한 배기가스규제를 충족시키기 위해 자동차와 선박용 후처리장치의 비중이 점차로 증가하고 있다. 천연가스는 대기환경 오염물질을 거의 배출하지 않는 청정연료이며, 주로 시내버스의 연료로 사용되어져 왔다. CNG 버스의 보급률이 계속적으로 증가하고 있으며 이에 대한 엄격한 배기규제를 충족시키고 경제적인 후처리장치의 연구개발이 필요하다. 장기적인 연구로는, CNG 버스에서 배출되는 유독성가스인 $CH_4$와 NOx를 동시저감시키는 새로운 NGOC/LNT+NGOC/SCR 복합시스템을 개발하는 것이다. 이 연구는 복합시스템 후단에 장착되는 선택적인촉매환원(SCR)의 washcoat를 세라믹과 메탈 담체에 코팅하여 $de-CH_4/NOx$ 특성을 파악하는 것이다. V, Cu-SCR 촉매는 $CH_4$ 산화반응에는 영향을 미치지 않고, 이중층으로 코팅된 2, 4번 NGOC/SCR 촉매는 $400^{\circ}C$에서 $CH_4$가 산화되기 시작하여 약 $550^{\circ}C$에서는 약 20% 수준으로 $CH_4$가 저감되었다. NGOC/SCR처럼 two layer로 코팅된 2, 4번 SCR 촉매는 $350^{\circ}C$이상에서는 마이너스(-) NOx 전환률을 나타냈다. 이는 $ NH_4NO_3$(질산염)으로 흡장되어 있는 NOx가 촉매의 반응속도가 저하됨에 따라 $N_2$로 환원되지 못하고 $NO+NO_2$로 탈착되었기 때문이다. 세라믹 기반의 복합시스템은 $400^{\circ}C$에서 약 30%, $500^{\circ}C$에서 LOT50에 이르러 메탈 기반의 복합시스템보다 약 20% CH4 정화 성능이 높았고, NGOC/LNT+Cu-SCR 복합시스템 조합이 적합하다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제45권6호
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• pp.656-662
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• 2007

고분자 전해질 연료전지 운전에 필요한 수소 공급 장치로서 플라즈마 개질 방법을 이용한 개질기와 일산화탄소 산화반응을 위한 전이 반응기를 설계 및 제작하였다. GlidArc 방전을 이용한 저온플라즈마 개질기는 Ni 촉매를 동시에 사용하여 $CH_4$ 개질함으로서 $H_2$ 선택도를 증대하였다. 개질기의 변수별 연구로서 촉매 온도, 가스 조성비, 전체 가스유량, 전압변화 그리고 개질 특성 및 최적 수소 생산조건을 연구하였으며, 전이반응기의 변수별 연구로서 선택적 산화반응기(PrOx)에 주입되는 공기량, 전이 반응기에 주입되는 수증기량 그리고 온도에 대하여 연구하였다. 플라즈마 개질기에서 최대 수소 생산 조건은 $O_2/C$ 비가 0.64, 가스유량은 14.2 l/min, 촉매 반응기 온도 $672^{\circ}C$ 그리고 유입전력이 1.1 kJ/L일 때 41.1%로 최대 수소 농도를 나타냈다. 그리고 이때의 $CH_4$ 전환율, $H_2$ 수율 그리고 개질기 에너지 밀도는 각각 88.7%, 54%, 35.2%를 나타냈다. 전이 반응기에서 모사된 개질 가스로부터 최대 CO 전환율을 보이는 조건은 2단으로 구성된 PrOx에 주입되는 $O_2/C$ 비가 0.3, HTS에서 주입되는 수증기 주입량 비가 2.8 그리고 HTS, LTS, PrOx I, PrOx II 반응기 온도가 475, 314, 260, $235^{\circ}C$ 일때 가장 높은 CO 전환율을 나타냈다. 플라즈마를 이용한 반응기는 예열 시간은 30분이 소요되었으며, 전이 반응기에서 나오는 최종 개질 가스의 조성은 $H_2$ 38%, CO<10 ppm, $N_2$ 36%, $CO_2$ 21% 그리고 $CH_4$ 4%로 나타냈다.

• 청정기술
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• 제28권4호
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• pp.269-277
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• 2022

생물학적 효소 반응 산업의 발전으로 인해 바이오매스 자원으로부터 젖산을 대량 생산하는 것이 가능해짐에 따라 젖산의 추가적인 탈수 반응을 통해 고흡수성 수지 SAP, 디스플레이의 점접착제 등의 원료가 되는 아크릴산을 생산하는 친환경 공정이 많은 주목을 받고 있다. 본 연구에서는 젖산 탈수 반응에서 높은 활성을 가지나, 비활성화가 빠른 단점을 가지는 NaY 제올라이트 촉매의 산점 및 염기점을 조절하여, 높은 아크릴산 선택도를 장시간 유지 가능한 촉매를 개발하고자 하였다. 첫번째로 NaY 모촉매에 부분적으로 칼슘을 치환하여 산/염기도를 변화시키고자 하였으며, 이온 교환법과 초기습식 함침법을 모두 적용하여 그 효과를 탐색하였다. 그 결과 직접적으로 Ca를 함침하는 것이 선택도 및 안정성 측면에서 우수한 것을 확인하였으며, 16시간 반응 동안 40% 수율의 AA를 안정적으로 생산하였다. 산/염기 특성 분석 결과, 함침된 Ca는 주로 CaO 형태로 촉매 외피에 존재하면서, 젖산 탈수 반응을 위한 추가적인 염기점으로 작용하는 것으로 나타났다. 추가적으로 NaY 모촉매의 산세기를 약화시키면서 기공 내외적으로 Ca을 고르게 분산시키기 위해, KOH 처리를 통한 탈규소화 후, Ca를 함침하였다. 그러나 기존 Ca-NaY 촉매 대비 아크릴산 선택도가 증진되는 효과는 관찰하지 못하였다. 최종적으로 KOH 처리 촉매에서 Ca 담지양을 1 wt%에서 5 wt%로 증가시켜 염기점 양을 증진시켜 보았다. 그 결과, 기존 1 wt% Ca가 함침된 촉매에 비해 아크릴산 선택도를 65%까지 증진시킬 수 있었으며, 24시간 반응 동안 촉매 안정성 또한 꾸준하게 유지되어, 젖산 탈수 반응에서 염기점 조절이 선택도 및 안정성 향상에 중요한 변수임을 제시하였다.

• 공업화학
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• 제21권6호
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• pp.648-652
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• 2010

고정층 상압 흐름 반응기에서 메탄의 부분산화반응를 수행하여 메탄으로부터 수소제조 위한 촉매의 활성도를 평가하였고, BET, XPS, XRD를 사용하여 촉매의 특성을 분석하였다. Pd(5)/Ti-SPK과 Pd(5)/Zr-SPK 촉매의 BET 표면적, Horvath-Kawaze의 기공부피와 기공폭, t-플롯 미세기공 면적과 부피는 각각 $284m^2/g$, $0.233cm^3/g$, 3.9 nm, $30m^2/g$ $0.015cm^3/g$과 $396m^2/g$, $0.324cm^3/g$, 3.7 nm, $119m^2/g$, $0.055cm^3/g$이었다. 촉매는 히스테리시스가 잘 발달된 IV형 임을 $N_2$-흡착등온선으로부터 확인할 수 있었다. XPS분석으로부터 SPK에 Ti와 Zr이 부분 치환된 Ti-SPK과 Zr-SPK의 Si 2p과 O 1s 피크는 SPK의 Si 2p와 O 1s 피크 보다 낮은 결합에너지 쪽으로 화학 이동함을 알 수 있었고, 촉매표면의 Pd의 산화상태는 $Pd^0$와 $Pd^{+2}$이었다. XRD의 결정 피크는 반응 전에 무정형인 촉매가 반응 후에는 결정상으로 변함을 보여주었다. Pd(5)/Ti-SPK과 Pd(5)/Zr-SPK 촉매의 메탄의 전화율과 수소의 선택도는 973 K, $CH_4/O_2$ = 2, GHSV = $8.4{\times}10^4mL/g_{cat}{\cdot}h$. 반응조건에서 각각 77, 84%와 78, 72%이었고, 반응 시작 후 3일까지도 촉매의 활성이 거의 일정하게 유지되었다. Pd(5)/Ti-SPK과 Pd(5)/Zr-SPK 촉매는 메탄의 부분산화반응에서 활성도와 열 안정성 및 물리화학적 성질이 우수하였다.

• 공업화학
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• 제5권5호
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• pp.808-818
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• 1994

Ru/${\gamma}$-$Al_2O_3$와 Ru/$CeO_2$-${\gamma}$-$Al_2O_3$를 사용하여 Ru담지 촉매의 반응성과 열적노화현상에 미치는 Ce의 영향을 연구하였다. $^{129}Xe$-NMR과 수소흡착법을 사용하여 촉매특성을 검토하였으며, 모사 자동차 배기가스를 사용하여 과농, 양론 및 희박조건에서의 CO, HC 및 $NO_x$ 전환율을 측정하였다. 새촉매와 노화촉매 모두 Ru/$CeO_2$-${\gamma}$-$Al_2O_3$가 Ru/${\gamma}$-$Al_2O_3$보다 세 가지 오염물질에 대한 전환율이 높았다. $^{129}Xe$-NMR과 수소흡착에 의하면 Ce을 첨가하여도 열적노화현상을 억제할 수 없었다. 그러나 673K에서 열적노화시킨 경우 Ru/${\gamma}$-$Al_2O_3$의 반응성은 새촉매보다 작았으나 Ru/$CeO_2$-${\gamma}$-$Al_2O_3$의 반응성은 오히려 컸다. 이것은 열적 노화과정에서 Ru/Ce 사이의 계면에 아마도 새로운 활성점이 만들어지기 때문이 아닌가 사료된다. 또한, Ru금속에 미치는 Ce같은 양이온 효과를 좀더 정량적으로 구하기 위하여 Ca, Ba, La, Y, Ce 등의 양이온을 교환한 Y-제올라이트에 Ru을 담지시킨 모델 촉매의 열적노화 정도를 $^{129}Xe$-NMR과 EXAFS로 연구한 결과 이들 양이온이 Ru의 열적 노화성에 거의 영향을 미치지 못하는 것을 관찰하였다.

• 청정기술
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• 제22권1호
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• pp.53-61
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• 2016

바이오매스 가스화 시 발생하는 타르의 개질 연구가 다양한 Ni 촉매를 이용하여 수행되었다. 바이오매스 타르의 주요 성분인 톨루엔을 이용하여 실험실 규모의 수증기개질을 수행하였다. 고정층 형태의 개질기를 이용하였고 반응온도 범위는 400-800 ℃로 변화시켰다. Ni 촉매에 증진제로 Ru (0.6 wt%)와 Mn 또는 K (1 wt%)를 적용하였다. Ni/Ru-K/Al₂O₃ 촉매가 Ni/Ru-Mn/Al₂O₃ 촉매보다 전반적으로 높은 톨루엔 개질 전환 성능을 보였으며, X-선 회절분석과 열중량분석을 통해 촉매의 안정성을 확인하였다. 실험실 규모 연구 결과를 바탕으로 모노리스와 펠렛 형태의 촉매를 제작하고 1 톤/일 규모의 바이오매스 가스화 시스템에 적용하였다. 모노리스 촉매의 경우 Ni/Ru-K/Al₂O₃ 촉매가 고온에서 특히 우수한 성능을 보였으며, Ni/Ru-Mn/Al₂O₃ 촉매는 운전 시간 경과에 의한 활성저하가 관찰되었다. 펠렛 촉매의 경우 Ni/Ru-K/Al₂O₃ 는 587 ℃에서 66.7%의 타르 전환율을 보였으며, 사용된 촉매의 재생 후 타르 개질 성능을 비교하였다. 본 연구에서 사용된 촉매 중 Ni/Ru-K/Al₂O₃ 펠렛 촉매가 가장 우수한 촉매 활성과 안정성을 보였다.

• 한국동물학회지
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• 제39권1호
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• pp.36-46
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• 1996

붉은 지렁이(Lumbricus rubellus)로부터 체내에 존재하는 phenoloxidase (EPO)를 ammonium sulfate. Blue-2, Phenyl-, Q-sepharose chromatography등을 이용하여 정제하였다. 이 효소는 SDS-PAGE상에서 59 kDa의 분자량을 갖는 단일 단백질로 나타났으며 nondenatudng-PAGE를 이용하여 DL-dopa를 기질로 in situ 염색 결과, 210 kDa 보다 다소 큰 단일 band가 dopachrome 침착에 의해 형성되었다. 이는 곧 이 효소가 자연상태에서 복합체의 형태로 존재하고 있음을 의미한다. 또한 이 효소는 monophenolase 활성도, 즉 tyrosine을 dopa로 전환시키는 활성도도 갖고 있음을 470nm에서 dopachrome축적을 관찰함으로써 확인할 수 있었다. Phenyithiourea(PUT), 1, 10-phenanthroline, EDTA, EGTA등을 사용한 효소억제 실험 결과, PTU만이 65 $\mu$M의 IC 0.5로 효소 활성도를 효과적으로 억제시켰다. 이는 EPO의 촉매기작에서 구리가 매우 중요한 역할을 하고 있음을 의미한다. 이 효소는 L-dopa를 기질로 사용하였을 때 35$^{\circ}C$와 pH8.0에서 최적의 활성도를 나타내었다. EPO의 L-dopa에 대한 Km은 pH6.5와 8.0에서 각각 1.86 mM과 13.8 mM로 나타났다. 또한, pH 8.0에서 Vmax는 pH 6.5에서 보다 약 6.6배 높은 반면, 각 조건에서 촉매 효율성은 거의 차이가 없음 [(kat/Km)pH8.0/(kcat/Km)pH6.5 = O.92]을 알 수 있었다. 따라서, 이 사실은 EPO 촉매기작에 미치는 pH의 효과가 효소 자체에보다는 기질 또는 효소-기질 복합체 형성과정에 영향을 줌을 의미한다. 이와 같은 사실을 종합해 보면, L. rubellus에 존재하는 phenoloxidase는 oligomeric form을 가지며 활성화 되기 위한 제한적 단백질 가수분해를 필요로 하지 않는다. 따라서, prophenoloxidase activating system의 존재 가능성을 완전히 배재할 수는 없으나 지렁이 체내의 PO는 최소한 부분적으로나마 latent from으로 존재함을 확인할 수 있었다. 이는 외부 침입시 host를 보호하기 위한 방법으로 EPO를 latent from으로 유지 시킬 수 있는 또는 활성화 시킬 수 있는 조절기작의 존재를 예측하게 한다.

• 한국가스학회지
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• 제27권3호
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• pp.19-26
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• 2023

수소는 화석연료를 대체할 수 있는 COx-free 에너지원으로 사용량은 지속적으로 증가할 것이다. 수소는 단위 질량당 에너지 함량이 높으나, 낮은 저장 밀도와 장기 저장의 어려움으로 저장 및 운송에 한계가 존재한다. 반면, 암모니아는 단위 부피당 저장용량이 크고, 비교적 액화가 용이하여 대용량 수소를 저장 및 운송할 수 있는 수소 운반체로 주목받고 있다. 암모니아 분해를 통한 수소 생산 반응은 흡열반응으로 공정의 효율성 및 경제성을 위해 저온 활성이 우수한 촉매 개발이 요구된다. 본 연구에서는 활성금속 Ni의 고분산 담지를 위해 넓은 비표면적의 제올라이트를 지지체로 사용하였으며, 제올라이트 종류(5A, NaY, ZSM5)에 따른 특성(기공구조, 양이온, Si/Al-비)이 촉매 활성 및 반응 특성에 미치는 영향을 확인하였다. 5A 제올라이트는 표면, 기공, 구조체 내에 Ni 을 고분산 담지를 가능하게 하였으며, 낮은 Si/Al-비로 인한 풍부한 산점은 암모니아 흡착을 증가시켰다. 또한, 지지체에 포함된 Na과 Ca 양이온으로 인한 중간-염기점은 질소 탈착속도를 향상시켰다. 따라서, 15wt%Ni/5A 촉매는 강한 금속-지지체 상호작용과 중간-염기점을 통한 질소 탈착 속도 향상으로 가장 우수한 암모니아 전환율과 높은 수소 생성율 23.5 mmol/g_cat·min (30,000 mL/g_cat·h, 600 ℃)을 보였다.