Hydrogen evolution on a steel surface and subsequent hydrogen diffusion into the steel matrix are evaluated using an electrochemical permeation test with no applied cathodic current on the hydrogen charging side. In particular, cyclic operation in the permeation test is also conducted to clarify the corrosion-induced hydrogen evolution behavior. In contrast to the conventional perception that the cathodic reduction reaction on the steel in neutral aqueous environments is an oxygen reduction reaction, this study demonstrates that atomic hydrogen may be generated on the steel surface by the corrosion reaction, even in a neutral environment. Although a much lower permeation current density and significant slower diffusion kinetics of hydrogen are observed compared to the results measured in acidic environments, they contribute to the increase in the embrittlement index. This study suggests that the research on hydrogen embrittlement in ultra-strong steels should be approached from the viewpoint of corrosion reactions on the steel surface and subsequent hydrogen evolution/diffusion behavior.

Acidic and basic mixtures of odorous compounds are commonly emitted from various sources, and, in an absorption process, pH conditions in the liquid phase significantly affect the performance. In this study, the effect of pH on mass transfer in a bubble column reactor was evaluated using hydrogen sulfide and ammonia as a model mixture. Their mass transfer coefficients were then calculated. Furthermore, the total mass transfer coefficients as a function of pH were evaluated, and the experimental data were fitted into an empirical equation using dimensionless numbers. The mass transfer rates of hydrogen sulfide, the non-ionic form, increased dramatically with increasing pHs, while those of ammonia were almost unchanged because of its high solubility. As a result, a favorable pH condition for less soluble compounds must be selected to achieve high absorption capacity. The total mass transfer rates, which took into account pH effects as well as all the non-ionic and ionic constituents together, were found to be from 2.2 to 2.4 × 10−3 min−1 for hydrogen sulfide and ammonia, respectively, and they were almost constant at different pHs. The empirical equations, which were derived to obtain the best fit for the total mass transfer rates, implied that a method to increase diffusivity of each compound should be applied to improve overall mass transfer. In addition, when using the empirical equation, a mass transfer coefficient at a given set of pH and operating conditions can be calculated and used to design a water scrubbing process.

Hot-press forming(HPF) steel can be applied successfully to auto parts because of its superior mechanical properties. However, its resistances to aqueous corrosion and the subsequent hydrogen embrittlement(HE) decrease significantly when the steel is exposed to corrosive environments. Considering that the resistances are greatly dependent on the properties of coating materials formed on the steel surface, the characteristics of the corrosion and hydrogen diffusion behaviors regarding the types of coating material should be clearly understood. Electrochemical polarization and impedance measurements reveal a higher corrosion potential and polarization resistance and a lower corrosion current of the Al-coating compared with Zn-coating. Furthermore, it was expected that the diffusion kinetics of the hydrogen atoms would be much slower in the Al-coating, and this would be due mainly to the much lower diffusion coefficient of hydrogen in the Al-coating with a face-centered cubic structure. The superior surface inhibiting effect of the Al-coating, however, is degraded by the formation of local cracks in the coated layer under severe stress conditions, and therefore further study will be necessary to gain a clearer understanding of the effect of cracks formed on the coated layer on the subsequent corrosion and hydrogen diffusion behaviors.

수소원자는 금속 표면에 흡착하여 해리되고 금속 격자 사이를 이동해 다시 수소분자로 재결합되어 탈착할 수 있으며 이러한 과정으로 수소는 금속을 통해 투과할 수 있다. 특히 수소원자는 팔라듐에서 높은 용해도와 이동도를 보이기 때문에 우수한 수소 투과 특성을 나타낸다. 본 연구에서는 무전해 도금을 이용하여 Pd 금속을 α-Al2O3 중공사 지지체에 증착시켜 SEM&EDS 분석을 통해 Pd 코팅 특성을 확인하였다. 치밀 Pd 층을 확인하기 위한 분리막의 leak 테스트 후 고온 수소투과 실험을 통해 분리막의 수소투과특성을 확인하였다. 본 연구는 “교육부 기본연구(NRF-2017R1D1A1B03036250)”의 지원으로 수행되었습니다.

수소를 연료로 사용하는 PEMFC는 고효율⋅출력밀도를 나타내며, 짧은 시동시간, 우수한 응답특성에 따라 현지설치형 발전기술로 사용되며, 이를 위한 고효율 연료처리장치가 필수적이다. SMR반응은 연료당 고회수율을 때문에 경제성이 우수하며, 전환율 확보를 위해 700°C, 20 bar 이상의 운전조건에서 수행되며, WGS, PSA의 후단공정을 통해 수소를 생산한다. 분리막 개질기를 이용한 SMR반응은 분리막이 수소를 제거함에 따라 반응효율 증진, 공정온도 저감, 후단공정 배제를 할 수 있어 공정구성 및 경제성이 우수하다. 본 연구에서는 팔라듐분리막 개질기를 사용하여 550°C, 5 bar에서 SMR반응을 통해 수소를 생산하였으며, 개질된 가스의 CO 농도를 최소화하여 고온 PEMFC용 연료처리장치를 개발하였다.

The present study demonstrates the effect of raw powder on the pore structure of porous W-Ni prepared by freeze drying of camphene-based slurries and sintering process. The reduction behavior of WO3 and WO3-NiO powders is analyzed by a temperature programmed reduction method in Ar-10% H2 atmosphere. After heat treatment in hydrogen atmosphere, WO3- NiO powder mixture is completely converted to metallic W without any reaction phases. Camphene slurries with oxide powders are frozen at −30 oC, and pores in the frozen specimens are generated by sublimation of the camphene during drying in air. The green bodies are hydrogen-reduced at 800 oC and sintered at 1000 oC for 1 h. The sintered samples show large and aligned parallel pores to the camphene growth direction, and small pores in the internal wall of large pores. The strut between large pores, prepared from pure WO3 powder, consists of very fine particles with partially necking between the particles. In contrast, the strut densification is clearly observed in the Ni-added W sample due to the enhanced mass transport in activation sintering.

본 연구의 목적은 식품 제조 중 표백 및 살균에 사용되는 과산화수소(H2O2)의 잔류 농도 검출에 활용 될 수 있는 유리탄소전극 기반의 바이오센서의 개발이다. 미국 FDA 및 국내 식품의학안전처 등 식품 용 과산화수소(food grade H2O2)는 국내외적으로 35% H2O2 수용액으로 규정한다. 연구에서 개발한 바이오센서는 감응 물질로 사용된 horseradish peroxidase를 graphene oxide와 aniline과 함께 biocomposite 를 형성시킨 후 중성 pH에서 본 연구에서 새롭게 개발된 전기화학적 증착법을 수행하여 개발되었다. 센서구조 및 특성 평가를 위하여 SEM, 순환 전압 전류법 등을 수행하 였으며 본 연구에서 개발된 바이오센서는 10-500 μM 농 도의 H2O2에 대하여 직선상의 농도 의존적인 반응을 나타내었으며 최저 검출 한계는 0.12 μM 으로 산출되었다. 본 연구에서 개발된 센서의 전략적 가치는 향후 오징어포,건어물 등 널리 유통되는 식품 중에 함유된 식품용 H2O2 미량을 현장에서 쉽게 분석 할 수 있어서 비용-효과적 측면에서 그 가치가 우수하다는 것을 제시한다.

A novel method for the detection of hydrogen peroxide in aqueous solution was developed via reaction between H2O2, trivalent titanium ion (Ti3+) and 4-(2-thiazolylazo) resorcinol (TAR), resulting in a ternary complex with a maximum UV absorbance at 530 nm. The CE detection of H2O2 was fast, sensitive and cost-effective without pretreatment procedures. H2O2 was detected within 15 min at 1 to 100 μM range with the lowest detection limit at 1.0 μM. Under the optimized CE conditions, the concentration of H2O2 in coffee or tea extract was quantitatively determined. Our results show that CE detection of the ternary complex of H2O2-Ti3+-TAR has potential applications for the detection of H2O2 in aqueous sources.

수소는 산업용 전력생산, 자동차용 연료 등을 위한 대체가능한 에너지 담체로 인식되고 있다. 미래 저탄소 에너지 시스템에서 에너지 저장은 전력 수요에 유연하지 않거나 간헐적인 공급의 균형을 이루기 위한 중추적인 역할을 담당할 수 있 을 것이다. 수소는 에너지 담체로서 전기에너지를 화학에너지로, 화학에너지를 전기에너지로 변환할 수 있는 에너지 저장 방 법 중의 하나이다. 수소제조 방법 중에서, 특히, 물의 전기분해를 이용한 방법은 신재생 에너지원과의 접목을 고려할 때 가장 효율적이고 실용적인 방법으로 여겨지고 있다. 물 전기분해 수소제조 기술은 전기를 이용하여 수소를 물로부터 직접 제조하 는 방법으로, 화석연료 이용 제조방법과 비교하여 수소를 제조할 때 지구환경 오염물질인 이산화탄소의 배출이 없다. 수소제 조 방법 중의 하나인 물 전기분해의 원리와 물 전기분해의 종류인 알칼리 수전해(AWE, alkaline water electrolysis), 고분자 전해질막 수전해(PEMWE, polymer electrolyte membrane water electrolysis), 고온 수증기 전기분해(HTSE, high temperature steam electrolysis)에 대하여 분석하고자 하였다. 물 전기분해는 수소제조 방법의 하나로 연구가 진행되고 있으며, 최근에는 PTG (power to gas)와 PTL (power to liquid) 시스템의 요소기술로도 주목을 받고 있다. 본 총설에서는 물 전기분해에 대한 원리와 종류, 특히 알칼리 수전해에 대한 최근 연구동향에 대해 설명하였다.

Porous W-10 wt% Ti alloys are prepared by freeze-drying a WO3-TiH2/camphene slurry, using a sintering process. X-ray diffraction analysis of the heat-treated powder in an argon atmosphere shows the WO3 peak of the starting powder and reaction-phase peaks such as WO2.9, WO2, and TiO2 peaks. In contrast, a powder mixture heated in a hydrogen atmosphere is composed of the W and TiW phases. The formation of reaction phases that are dependent on the atmosphere is explained by a thermodynamic consideration of the reduction behavior of WO3 and the dehydrogenation reaction of TiH2. To fabricate a porous W-Ti alloy, the camphene slurry is frozen at -30℃, and pores are generated in the frozen specimens by the sublimation of camphene while drying in air. The green body is hydrogen-reduced and sintered at 1000℃ for 1 h. The sintered sample prepared by freeze-drying the camphene slurry shows large and aligned parallel pores in the camphene growth direction, and small pores in the internal walls of the large pores. The strut between large pores consists of very fine particles with partial necking between them.

수소원자는 금속 표면에 흡착하여 해리되고 금속격자 사이를 이동해 다시 수소분자로 재결합되어 탈착할 수 있으며 이러한 과정으로 수소는 금속을 통해 투과할 수 있다. 특히 수소원자는 팔라듐에서 높은 용해도와 이동도를 보여 우수한 수소투과 특성을 나타낸다. 본 연구에서는 무전해 도금을 이용하여 Pd계 금속을 α-Al2O3 중공사막 지지 체에 증착시켜 수소투과 실험을 진행하였다. Pd을 증착하기 전, Seeding 과정을 통해 지지체에 Pd 핵을 심어 금속의 증착이 용이하도록 하였으며, 중공사막 지지체의 표면 특성에 따른 Pd 증착상태를 확인하였다.

The potential application of palladium-ruthenium composite membranes to the separation of hydrogen from chlorosilane gases in silicon-based industries was investigated. Ru/Pd/Al2O3/PSS membranes were prepared by electroless plating. Hydrogen permeation tests and temperature programmed desorption analysis revealed that the addition of a Ru over layer on Pd changed the hydrogen adsorption characteristics, resulting in improved stability of the membrane at low temperatures. The Ru/Pd/Al2 O3/PSS composite membrane had a stable hydrogen permeation flux of 1.8 m3m-2h-1 over a period of 1,200 h at 180°C without suffering hydrogen embrittlement. After exposure to impurities such as HCl and SiHCl3 , the hydrogen permeation flux of the Ru/Pd/Al2 O3/PSS composite membrane was stable over a period of 9h with feed pressure of 2.0 bar at 225°C.

화석연료 사용에 의한 환경문제의 해결을 위한 방법의 하나로 수소에너지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 물을 분해에 의한 수소 제조는 전기분해, 광화학적, 열화학적, 생물학적 방법 등이 있다. 물의 전기분해 기술은 전기를 이용하여 수소를 물로부터 직접 제조하는 방법으로 지구오염물질인 이산화탄소의 배출이 없는 것이 특징이다. 특히, 물의 전기분해 방법 중에서 알칼리 수전해는 오래전부터 알려진 수소제조 방법으로 전해액으로 ∼30 wt%의 KOH수용액 또는 ∼20 wt%의 NaOH수용액을 사용하며, 셀은 수산화이온 (OH-) 만을 선택적으로 통과시키는 격막, 수소와 산소를 발생시키는 전극으로 구성된다. 최근에는 양.음이온교환막의 발 전과 더불어 전해효율이 60% 이상에 이를 만큼 분리막의 중요성이 부각되고 있다.