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공업화학검색

Applied Chemistry for Engineering


  • - 주제 : 공학분야 > 화학공학
  • - 성격 : 학술지
  • - 간기: 격월
  • - 국내 등재 : KCI 등재
  • - 해외 등재 : - / SCOPUS
  • - ISSN : 1225-0112
  • - 간행물명 변경 사항 :
논문제목
수록 범위 : 32권 2호 (2021)

근적외선 업컨버전 나노입자를 이용한 광촉매 성능 향상

박용일 ( Yong Il Park )
한국공업화학회|공업화학  32권 2호, 2021 pp. 125-131 ( 총 7 pages)
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일반적인 반도체 기반의 광촉매는 물질 고유의 밴드갭 때문에 자외선이나 가시광선에 의해서만 활성화될 수 있고, 태양광 에너지의 약 50%를 차지하는 근적외선 영역의 에너지는 활용할 수 없다. 따라서 기존의 반도체 광촉매의 성능을 향상시키기 위해서는 자외선에서 근적외선에 이르는 넓은 영역에서 더 많은 태양광 에너지를 활용할 수 있어야 한다. 태양광의 근적외선 영역을 활용하기 위해 기존 반도체 광촉매를 업컨버전 나노입자와 결합하는 연구들이 수행되고 있다. 업컨버전 나노입자는 근적외선 광자를 여러 개 흡수하여 자외선이나 가시광선으로 변환하여 광촉매를 활성화할 수 있다. 그리고 반도체 광촉매와 업컨버전 나노입자에 플라즈모닉 금속 나노입자를 함께 결합시키면 태양광에 의한 광촉매 활성을 더욱 향상시킬 수 있다. 본 총설은 업컨버전 나노입자를 이용하여 근적외선 영역의 태양광에너지가 광촉매의 성능 향상에 기여할 수 있도록 하는 최근의 연구결과를 바탕으로 서술하였다.

Pinus densiflora와 Pinus koraiensis로부터 분리된 생리활성 물질들 및 응용

김남희 ( Nam Hee Kim ) , 윤순권 ( Sunkwon Yoon ) , 엄병헌 ( Byung-hun Um ) , 김정원 ( Jung Won Kim )
한국공업화학회|공업화학  32권 2호, 2021 pp. 132-138 ( 총 7 pages)
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본 리뷰에서는 대한민국에서 자생하고 있는 소나무와 잣나무들로부터 분리·추출되는 생리활성 물질의 종류, 그리고 그 효과성에 대한 연구 현황 및 산업적 활용에 대해 조사하였다. 소나무와 잣나무에는 정유, 폴리페놀, 레진, 스틸벤 유도체를 비롯한 다양한 생리활성 물질들이 함유되어 있다. 최근 국내 연구진들은 소나무와 잣나무의 추출물들로부터 항산화, 항염증, 항균, 백내장 예방, 신경보호 등의 생리활성을 규명하였다. 그 추출물들은 식품, 건강기능식품, 화장품, 생활용품 등의 다양한 산업 분야에서 활용되고 있으나, 산업적으로 높은 비중을 차지하고 있는 것은 외래종을 원료로 한 것이다. 그러므로 과학적으로 규명되고 있는 효과에 비해 생리활성을 실제 제품에 응용한 사례들이 부족하여 산업적 활용성에 대한 다양한 연구가 필요하다.

키토산을 이용한 탄진수 응집제 개발 및 평가

홍웅길 ( Woong-gil Hong ) , 나재운 ( Jae-woon Nah ) , 정경원 ( Gyeong-won Jeong )
한국공업화학회|공업화학  32권 2호, 2021 pp. 139-142 ( 총 4 pages)
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석탄 화력발전소는 석탄을 주원료로 사용하고 있으며, 석탄 이동 시에 석탄의 분진 및 자연 발화가 발생하게 되는데, 이를 방지하기 위해 물을 분사하는 작업을 수행한다. 이로 인해 석탄의 분진과 물이 함께 섞여 흘러나오는 일명 ‘탄진수(coal-dust water)’라고 불리는 폐수가 흘러나와 환경오염을 초래한다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 미세한 분진까지 응집하여 물을 정화할 수 있는 키토산 기반의 천연 응집제를 개발하고, 그 응용성을 입증하고자 하였다. 탄진수에 다양한 농도의 응집제를 투여하여 최적의 흡착농도가 4 ppm임을 규명하였고, 투과도 및 탄진 제거효율을 통해 개발된 물질의 탄진 응집능이 매우 우수함을 확인하였다. 또한, MTT assay를 통해 응집제의 세포독성을 평가하여 독성이 전혀 없음을 입증함으로써, 본 연구에서 개발된 응집제가 인간 및 자연 생태계에 영향을 주지 않고 효과적으로 탄진을 응집할 수 있는 물질임을 규명하였다.

정전기 방전에 의해 제조된 흑연박리 그래핀 첨가 폴리이미드 막의 열전도 향상

임채훈 ( Chaehun Lim ) , 김경훈 ( Kyung Hoon Kim ) , 안동해 ( Donghae An ) , 이영석 ( Young-seak Lee )
한국공업화학회|공업화학  32권 2호, 2021 pp. 143-148 ( 총 6 pages)
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본 연구에서는 폴리이미드(polyimide; PI) 막(film)의 열전도도를 향상시켜 그 응용성을 확대하고자, 정전기 방전법을 이용하여 흑연봉으로부터 그래핀을 제조하고 제조된 그래핀을 첨가하여 폴리아믹산(polyamic acid; PAA) 전구체로부터 200 μm두께의 폴리이미드 기반 열전도 막을 제조하였다. 정전기 방전 기법으로 생산된 그래핀은 라만, XPS, TEM등을 이용하여 물성을 평가하였다. 제조된 그래핀은 라만 스펙트럼 분석 결과 ID/IG 값이 0.138이며, XPS 분석 결과 C/O 비율이 24.91로 구조적, 표면화학적으로 우수한 물성을 나타내었다. 또한, 흑연 박리 그래핀의 첨가량에 따라 폴리이미드 막의 열전도도는 지수함수적으로 증가하였으며, 그래핀 함량을 40% 초과 시에는 폴리이미드 막을 제조할 수 없었다. 그래핀을 폴리아믹산 중량 대비40 wt% 첨가하여 제조된 폴리이미드 막의 열원반(hot disk) 열전도도는 51 W/mK를 나타내었으며, 순수한 폴리이미드 막의 열전도도(1.9 W/mK)보다 크게 향상되었다. 이 결과는 정전기 방전기법으로 제조된 박리 그래핀의 우수한 물성에 기인한 것으로 판단된다.

CFD를 활용한 크래프트 회수보일러 내부 노즈 아치 구조에 따른 열교환 효율 분석

장용호 ( Yongho Jang ) , 박현도 ( Hyundo Park ) , 임경필 ( Kyung Pil Lim ) , 박한신 ( Hansin Park ) , 김정환 ( Junghwan Kim ) , 조형태 ( Hyungtae Cho )
한국공업화학회|공업화학  32권 2호, 2021 pp. 149-156 ( 총 8 pages)
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크래프트 회수보일러(kraft recovery boiler)는 펄프 공정에서 생성된 흑액을 연소하여 발전용 스팀을 생산하는 장치이다. 특히 연소로 상단부에 존재하는 과열기(superheater)는 포화 증기가 연소가스와 열교환을 통해 과열 증기로 전환되는 구간으로, 연소가스와 포화 증기 사이의 열교환 효율 향상은 발전용 과열 증기 생산량 증가 및 발전 효율이 증가하므로 매우 중요하다. 과열기 하단부에 위치한 노즈 아치는 과열기의 부식의 원인이 되는 연소로에서 발생한 복사열을 막는 중요한 역할을 하지만, 연소가스 유동을 방해하여 포화증기와 열교환이 끝난 저온의 연소가스가 과열기를 나가지 못하고 재순환되어 열교환 효율을 저하시키는 직접적인 원인이 된다. 따라서 본 연구에서는 CFD를 활용하여 노즈아치 구조에 따른 재순환 영역의 크기와 연소가스 출구 온도를 비교하였다. 결과적으로 노즈 아치 하단부 각도를 106.5°에서 150°로 변경할 경우 연소가스의 재순환 영역이 감소하여 연소가스와 과열기 사이의 열교환 효율이 10.3% 향상되는 것을 확인하였다.

재활용 PP와 박리 그래핀을 이용한 3D 프린터용 원사의 제조 및 3D 프린터를 이용한 성형

이재유 ( Jaeyu Lee ) , 이제욱 ( Jea Uk Lee ) , 이경진 ( Kyung Jin Lee )
한국공업화학회|공업화학  32권 2호, 2021 pp. 157-162 ( 총 6 pages)
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본 연구에서는 1축 extruder를 원사 압출 장비로 사용하여 재활용 폴리프로필렌(rPP)으로 3D 프린터용 원사를 제조하였고, 전기화학적 박리 그래핀을 rPP 대비 10, 20 wt%로 첨가하여 그래핀 복합체 원사를 제조하였다. 전기화학적 박리그래핀은 그 분산도가 우수하여 균일한 rPP/그래핀 복합체 원사 제조를 가능하게 하였다. 그래핀의 함량이 증가할수록 열분해 속도 등 열적 성능이 향상되었다. 기계적 물성 또한 rPP 대비 그래핀 함량이 10 wt%일 때 증가하였는데, 20 wt%에서는 오히려 기계적 물성이 감소하는 것을 볼 수 있었다. 제조한 원사들을 사용하여 상용 3D 프린터를 통해 3D 성형체를 성공적으로 제조할 수 있었으며, 폐플라스틱을 재활용하여 제조하였기 때문에 환경적, 경제적으로 이점을 가질 것으로 기대된다.

금-펩타이드 하이브리드 나노입자의 제조와 메틸렌 블루의 촉매 환원 응용

허윤미 ( Yun-mi Hur ) , 민경익 ( Kyoung-ik Min )
한국공업화학회|공업화학  32권 2호, 2021 pp. 163-167 ( 총 5 pages)
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본 연구에서는 타이로신이 풍부한 펩타이드, Tyr-Tyr-Leu-Tyr-Tyr (YYLYY)를 이용하여 금 나노입자를 담지한 균일한금-펩타이드 계층적 초분자 구조체의 합성에 대해 연구하였다. 펩타이드의 광가교 반응을 통해 다이타이로신 결합으로 자기조립된 펩타이드 나노입자를 합성하였고, 타이로신의 생체 광물화 특성을 이용하여 금-펩타이드 하이브리드 나노입자를 친환경적 방법으로 합성하였다. 합성된 금-펩타이드 하이브리드 나노입자는 투과 전자 현미경(TEM), 주사투과 전자 현미경(SEM), 동적 광산란(DLS), 자외선-가시광선 분광광도계(UV-Vis spectroscopy), 에너지 분산 X선 분광법(STEM-EDS), X선 회절 분석법(XRD)을 통해 분석하였다. 또한 합성된 금-펩타이드 하이브리드 나노입자는 메틸렌블루의 환원 반응에서 13.4 × 10-3 s-1의 반응속도 상수를 가지는 촉매 특성을 확인하였다.

마이크로웨이브 에너지를 이용한 레몬그라스로부터 플라보노이드 성분의 추출: CCD-RSM을 이용한 최적화

유봉호 ( Bong-ho Yoo ) , 장현식 ( Hyun Sick Jang ) , 이승범 ( Seung Bum Lee )
한국공업화학회|공업화학  32권 2호, 2021 pp. 168-173 ( 총 6 pages)
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본 연구에서는 마이크로웨이브 에너지를 이용하여 항산화성분을 다량 함유하고 있는 레몬그라스로부터 플라보노이드 성분을 추출하였다. 또한 반응표면분석법 중 중심합성계획모델을 이용하여 추출공정을 최적화하였다. 추출공정의 독립변수로는 주정/초순수의 부피비, 마이크로웨이브 조사시간, 마이크로웨이브 조사세기를 설정하였고, 반응치는 추출수율과 플라보노이드 함량을 확인하였다. CCD-RSM 분석 결과 최적조건인 주정/초순수 부피비(56.3 vol.%), 마이크로웨이브 조사시간(6.1 min), 마이크로웨이브 조사세기(574.6 W)에서 추출수율(17.2%)와 플라보노이드 함량(44.7 μg QE/mL dw)의 결과를 얻는 것으로 나타났다. 이때 종합만족도는 D = 0.8562이고, P-value는 추출수율(0.037)과 플라보노이드 함량(0.002)으로 나타났다. 이 조건에서의 실제실험 결과 오차율은 5.0% 이하로 나타나 높은 유의수준의 결과를 얻을 수 있었다.

벌크흑연 제조를 위한 결합재로 이용되는 콜타르 핏치 및 페놀수지의 열처리에 의한 결정성 변화

이상민 ( Sang-min Lee ) , 이현용 ( Hyun-yong Lee ) , 이상혜 ( Sang-hye Lee ) , 노재승 ( Jae-seung Roh )
한국공업화학회|공업화학  32권 2호, 2021 pp. 174-179 ( 총 6 pages)
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인조흑연 제조용 바인더로 주로 이용되는 콜타르 핏치와 페놀 레진은 soft carbon 및 hard carbon의 초기 탄소화합물구조에 차이가 있다. 따라서 탄화 온도에 따른 열분해 거동, 미세조직, 결정성의 변화 과정도 다를 것으로 예상할 수 있다. 본 연구에서는 콜타르 핏치 및 페놀 레진의 열분해 거동, 미세조직, 결정성 변화에 관하여 비교 분석하였다. 콜타르 핏치는 액상을 경유한 탄화 과정을 거치며, 탄화 온도가 증가함에 따라 미세조직이 점차 변화되는 것을 확인할 수 있었다. 탄화 온도가 증가함에 따라 콜타르 핏치 및 페놀 레진 모두 결정성은 증가하는 경향을 나타냈지만, 콜타르 핏치는 미세조직이 급변하는 500 및 600 ℃ 구간에서 결정성도 급격히 변화는 것을 확인할 수 있었다. 또한 미세조직과 결정성은 서로 밀접한 연관성이 있었다.

9-Arylated Carbazole을 주리간드로 사용하는 Heteroleptic Iridium(III) 착물의 합성과 분광학적 특성

오세환 ( Se Hwan Oh ) , 염을균 ( Eul Kgun Yum ) , 김영훈 ( Younghoon Kim ) , 임영재 ( Yung-jae Im ) , 허정석 ( Jungseok Heo ) , 김영준 ( Yeong-joon Kim )
한국공업화학회|공업화학  32권 2호, 2021 pp. 180-189 ( 총 10 pages)
4,500
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Cu(I) 촉매를 사용하여 열반응을 이용한 N-heteroaryl carbazole을 합성하였고 이를 새로운 heteroleptic Ir(III) 착물 합성을 위한 주리간드로 사용하였다. 새로운 Ir(III) 착물은 일반적인 Ir(III) 착물이 가지는 5각 고리가 아닌 6각 고리를 주리간드와 Ir 금속 결합 사이에서 형성하는 것으로 X-ray 단결정구조를 통해 확인할 수 있었다. 합성한 Ir(III) 착물들은 좋은 인광 특성을 나타내므로 OLED 발광층 재료물질로의 가능성을 보여주었다. 주리간드와 보조리간드 변화에 따른 분광학적 특성을 고찰하였는데 PL 최대 발광 파장(λmax) 변화는 보조리간드가 Ir 금속과 더 강한 결합을 만들수록 단파장 쪽으로 이동하는 것을 발견하였다. 또한, 주리간드에 대해서는 Ir-N 결합을 만드는 헤테로아릴 그룹의 아로마틱고리 전자밀도가 커질수록 단파장 쪽으로 이동하는 경향이 있는 것을 알 수 있었다.
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