In this study, volatile organic compounds (VOCs) emitted from printing industries were analyzed, and an inorganic adsorbent, γ-alumina, was selected for the effective control of the VOC emissions. Printing processes commonly require inks, thinners, and cleaners, and they were mixed organic solvents containing aromatic compounds, ketones, and alcohols. Therefore, toluene, methyl ethyl ketone (MEK), and isopropyl alcohol (IPA) were selected as model compounds for this study. The adsorptive properties using γ-alumina were determined for the model compounds. Both batch isotherm and continuous flow column tests demonstrated that the adsorption capacity of MEK and IPA was 3~4 times higher than that of toluene. The column test performed at an inlet toluene concentration of 100 ppm showed that an 80% breakthrough for toluene was observed after 3 hours, but both MEK and IPA were continuously adsorbed during the same time period. A numerical model simulated that the γ-alumina could remove toluene at a loading rate of 0.4 mg/min only for a 4-hour period, which might be too short of a duration for real applications. Consequently, lifetime enhancement for γ-alumina must be implemented, and ozone oxidation and regeneration would be feasible options.

To abate the problem of odor from restaurants, a hybrid adsorbent consisting of organic and inorganic materials was developed and evaluated using acetaldehyde as a model compound was deveioped and evaluated. Powders of activated carbon, bentonite, and calcium hydroxide were mixed and calcinated to form adsorbent structure. The surface area of the hybrid adsorbent was smaller than that of high-quality activated carbon, but its microscopic image showed that contours and pores were developed on its surface. To determine its adsorption capacity, both batch isotherm and continuous flow column experiments were performed, and these results were compared with those using commercially available activated carbon. The isotherm tests showed that the hybrid adsorbent had a capacity 40 times higher than that of the activated carbon. In addition, the column experiments revealed that breakthrough time of the hybrid adsorbent was 2.5 times longer than that of the activated carbon. These experimental results were fitted to numerical simulations by using a homogeneous surface diffusion model (HSDM); the model estimated that the hybrid adsorbent might be able to remove acetaldehyde at a concentration of 40 ppm for a 5-month period. Since various odor compounds are commonly emitted as a mixture when meat is barbecued, it is necessary to conduct a series of experiments and HSDM simulations under various conditions to obtain design parameters for a full-scale device using the hybrid adsorbent.

본 연구에서는 후처리 기능화를 통해 아민이 함유된 ZIF-8-A를 제조하고, 이를 이산화탄소 흡착제로 적용하였다. 첨가한 3-amino-1,2,4-triazole의 함량에 따라 15, 37, 61, 그리고 74 %의 아민기를 포함한 ZIF-8-A를 제조하였으며, 다양한 분석을 통해 이들의 물성특성을 조사하였다. 그 결과, 아민 함량에 따라 ZIF-8-A의 게이트 크기 조절되고 가스 투과도 및 선택도에 영향을 미치는 것을 확인하였다. ZIF-8-A61%는 기존 ZIF-8 대비 CO2/N2 및 CO2/CH4에 대한 선택도가 3.4 및 4.7배 증가하였으며, 이는 구조내 가스 투과를 위한 게이트 사이즈의 조절 및 아민과 이산화탄소의 상호작용에 기인한 것으로 판단하였다.

최근 수자원 부족의 문제에 대한 탈출구를 찾기 위해 해수담수화 공정이 지속적인 연구가 이루어지고 있다. 그 중 전기흡착탈이온(EAD) 공정은 이온교환막을 이용한 전기투석법과 이온교환수지를 이용한 이온교환수지법을 혼합하여 이루어지는 공정으로 현재 사용되고 있는 해수담수화 공정의 효율을 더 높이 올려줄 것이라 예상하고 있다. 하지만, 이 공정은 이온교환막 사이에 이온교환수지가 있는 구조이기 때문에 기존 모듈보다 비교적 사이즈가 크다는 단점이 있다. 또한, 이온교환수지의 크기 분포와 당량비가 모듈의 성능에 영향을 준다. 본 연구는 현재 상용화되고 있는 이온교환공정에서 쓰이고 있는 모듈의 문제해결과 성능 향상을 위해 진행되었다. 개질을 통해 이온교환용량을 더욱 향상시키고 일반적인 이온교환수지가 아닌 더 작고 균질한 이온교환능력을 가진 이온교환 나노입자를 제조하여 제막을 진행하였고, 다양한 특성평가가 이루어졌다.

Environmental treatment residues become valuable waste byproducts like biomass when an environmental infrastructure necessary for recycling is effectively developed. In this study, an environmentally friendly sewage sludge sorbent was developed in a sewage treatment plant by carefully processing the sewage sludge generated from sewage treatment plants. In order to increase the adsorption efficiency, coffee ground waste was added to the adsorbent as an additive and the adsorbate used in the adsorption experiments was acetaldehyde as organic waste. It could be found from the experiment that the adsorbent of the sewage sludge was adsorbed more easily at the carbonization temperature of 600℃. In addition, adsorption experiments showed that the breakthrough time reached to 85, 110, and 130 minutes at 3:1, 2:2, and 1:3, respectively, depending on the content ratio of the sewage sludge and coffee waste. Therefore, the amount of acetaldehyde adsorption increased with the increase in the amount of coffee grounds in the mixture. It could be also be found that the addition of the coffee grounds as an additive to increase the adsorption capacity of the sewage sludge adsorbent is advantageous for adsorption.

We perform density functional theory calculations to study the CO and O2 adsorption chemistry of Pt@X core@shell bimetallic nanoparticles (X = Pd, Rh, Ru, Au, or Ag). To prevent CO-poisoning of Pt nanoparticles, we introduce a Pt@X core-shell nanoparticle model that is composed of exposed surface sites of Pt and facets of X alloying element. We find that Pt@Pd, Pt@Rh, Pt@Ru, and Pt@Ag nanoparticles spatially bind CO and O2, separately, on Pt and X, respectively. Particularly, Pt@Ag nanoparticles show the most well-balanced CO and O2 binding energy values, which are required for facile CO oxidation. On the other hand, the O2 binding energies of Pt@Pd, Pt@Ru, and Pt@Rh nanoparticles are too strong to catalyze further CO oxidation because of the strong oxygen affinity of Pd, Ru, and Rh. The Au shell of Pt@Au nanoparticles preferentially bond CO rather than O2. From a catalysis design perspective, we believe that Pt@Ag is a better-performing Ptbased CO-tolerant CO oxidation catalyst.

본 연구에서는 이온교환막을 결합한 막 결합형 축전식 탈염공정으로 적용하여 진행하였다. 막 결합형 축전식 탈염공정에서 흡착전압과 이온교환막의 두께가 흡착성능에 미치는 영향을 알아보았다. 흡착전압을 0.5, 1, 1.4 V로 달리하였고 흡착전압이 증가함에 따라 강한인력으로 인해 많은 이온들의 흡착으로 배출수 농도의 최소점이 낮아지고 전극이 포화상태가 되기까지의 운전시간이 증가하였다. 이온교환막의 두께를 1, 2, 3회로 코팅횟수를 달리하였고 막이 두꺼울수록 막 내에서 이온들의 움직임이 원활하지 않아 감소된 흡착성능을 확인하였다. 이온교환막의 적합한 두께는 1회 코팅했을 때 3.85 ㎛의 두께를 보였다.

현재 해수담수화 공정은 지속적인 연구를 통해 많은 개발이 이루어지고 있다. 그중 전기흡착탈이온(EAD) 공정은 이온교환막을 이용한 전기투석법과 이온교환수지를 이용한 이온교환수지법을 혼합하여 이루어지는 공정이다. 보다 효율적으로 이온교환이 이루어질 수 있는 공정이지만, 이온교환막 사이에 이온교환수지가 들어가기 때문에 사이즈가 비교적 크다. 또한, 이온교환수지의 크기 분포와 당량비가 모듈의 성능에 영향을 준다. 본 연구는 현재 상용화되고 있는 이온교환공정에서 쓰이고 있는 모듈의 문제해결과 성능 향상을 위해 보다 이온교환용량이 향상된 고분자와 현재 쓰이고 있는 일반적인 이온교환수지가 아닌 더 작고 균질한 이온교환능력을 가진 이온교환 나노입자를 제조하여 제막을 진행하였고, 다양한 특성평가가 이루어졌다.

긴급하거나 광역으로 발생한 해상유류오염사고에는 방제정만으로 대응하기에는 한계가 있어서, 해양경찰청 경비함정도 방제 작업에 동원된다. 본 연구에서는 소형 경비함정에 적합한 유흡착장비를 개발하였다. 장비는 고정지지대, 폴대, 슬라이드고정부 3개 부속품으로 구성되어 용접 또는 추가 구조물 설치 없이 소형 경비함정 현측 추락방지봉에 간단하게 토글핀으로 결속하는 방식으로 장착 및 분리가 가능하다. 각 부속품의 무게는 고정지지대 약 9.2 kg, 폴대(2개) 약 6.5 kg, 슬라이드 고정부(4개) 약 3.5 kg이며, 좌·우 180°로 원활하게 움직이는 길이 3 m의 폴대는 갑판 방향으로 접어서 유흡착재 교체작업을 할 수 있다. 본 장비의 개발로 소형 경비함정에서 유흡착재의 투입 및 수거가 용이한 방법으로 개선되어 보다 효율적인 방제작업이 가능할 것으로 판단된다.

이산화탄소(CO2)는 천연 가스, 바이오 가스, 매립 가스의 성분으로 존재할 뿐만 아니라 화석연료의 주요 연소 생성물로써 온실 가스의 주범이다. 특히 내연기관의 연료 고효율을 얻고, 가스 수송시스템의 부식을 방지하며, 기후변화에 선제적으로 대응하기 위해서는 이산화탄소(CO2)의 저감 또는 제거 기술이 필수적이다. 지난 수십 년간, 멤브레인 기반 기술의 구성 및 설계 단순성에 의하여 관련 연구가 많이 이루어져 왔으며 많은 발전을 이루었다. 최근 들어, 기존 멤브레인 기반 분리 뿐만 아니라, 새로운 흡착제 기반 분리 기술 등에 대한 관심도 높아지고 있다. 특히, 최근 각광받고 있는 유기-금속 골격체 (Metal Organic Frameworks, MOFs)의 경우, 일반 다공질 흡착제와는 다른 독특한 성질(Flexibility, Gating effect 또는 Open Metal Sites 등)로 인하여, 이를 활용한 다양한 기체 분리 연구가 늘어나고 있는 추세이다. 따라서 본 연구에서는 대표적 플렉 서블한 물질인 MIL-53(Al)과 강한 결합에너지 site를 다수 보유한 대표적 MOF 물질인 MOF-74(Ni)를 활용하여 온도 및 압력에 따른 이산화탄소 메탄 분리 성능 비교 분석하였으며, 각 물질의 특성별 압력 및 온도에 따라 변화하는 적정 분리 구간을 제시하였다.

The purpose of this study is to produce an adsorbent material with biomass by-product that are readily visible in daily life. The biomass by-product used in the study are coffee grounds, oak leaves and chestnut peels. These biomass by-products were produced with dry, carbonization and activation treatments. The equipment for the evaluation of adsorption capacity was the batch type system to measure the concentration of test gases with the odor sensor device. Biomass by-products have been shown to improve the absorption characteristics of adsorbent through carbonization and activation. The adsorbent made with coffee grounds and chestnut peels had superior adsorption capacity to hydrogen sulfide (H2S) and complex odor (H2S & NH3) in a comparison with regular activated carbon. The odor sensor device could be used to evaluate the device of adsorption capacity of the adsorbent.

본 연구는 고온 열분해를 통한 Cs, Sr 등 고방사성핵종의 고정화를 위하여 각각 Cs이 흡착된 CHA (K형 Chabazite zeolite)-Cs, CHA-PCFC (potassium cobalt ferrocyanide)-Cs 및 Sr이 흡착된 4A-Sr, BaA-Sr 등의 제올라이트 계에서 TGA 및 XRD에 의한 배소 온도 변화에 따른 상변환을 고찰하였다. CHA-Cs 제올라이트 계의 경우 900℃ 까지는 CHA-Cs의 형태를 유지하고 있으며, 1,000℃에서 무정형 단계를 거친 후 1,100℃에서 pollucite (CsAlSi2O6)로 재결정 되었다. 반면에 CHA-CFC-Cs 제올라이 트 계는 700℃ 까지는 CHA-PCFC-Cs 형태를 유지하고 있으나, 900∼1,000℃ 사이에서 구조가 파괴되어 무정형으로 상변환 된 후 1,100℃에서 pollucite로 재결정 되었다. 한편 4A-Sr 제올라이트 계의 경우 700℃ 까지는 4A-Sr의 구조를 유지하고 있 으며, 800℃에서 무정형으로 상변환 된 다음 900℃에서는 Sr-feldspar (SrAl2Si2O8, hexagonal)으로, 1,100℃에서 SrAl2Si2O8 (triclinic)로 재결정 되었다. 그러나 BaA-Sr 제올라이트 계의 경우는 500℃ 이하부터 구조가 파괴되기 시작하여 500∼900℃ 에서 무정형 단계를 거친 후, 1,100℃에서 Ba/Sr-feldspar (Ba0.9Sr0.1Al2Si2O8 및 Ba0.5Sr0.5Al2Si2O8 공존)로 재결정 되었다. 상기 제올라이트 계 모두 온도 증가에 따라 탈수/(분해)→ 무정형→ 재결정의 단계를 거쳐 광물상으로 재결정 되었으며, 고온 열 분해 과정에서의 Cs 및 Sr의 휘발성, 침출성 등의 추가 연구가 요구되지만 각 제올라이트 계에 흡착된 Cs 및 Sr은 pollucite나 Sr-feldspar, Ba/Sr-feldspar 등으로 광물화 하여 Cs과 Sr을 배소체/(고화체) 내에 완전히 고정화 시킬 수 있을 것으로 보인다.

점토를 이용하여 세 종류의 새로운 형태의 변형된 유기물점토를 제조하였다. Cetylpyridinium chloride (CPC)를 점토에 층간 삽입시켜 OC-CPC를 합성하였고, Aluminium 축을 갖는 Al-PILC 만든 후, cetylpyridinium chloride를 Al-PILC에 삽입시켜 IOC-CPC 화합물을 합성하였다. IR과 TGA를 이용하여 이들 구조를 분석한 결과 층간 삽입반응이 성공적으로 이루어졌음을 확인할 수 있었다. X-ray 회절을 이용하여 층간 거리를 조사하였는데 OC-CPC가 제일 큰 값을 보여 주었다. 층간 구조를 갖는 화합물들은 삽입반응을 이용하여 구조를 변형시킬 수 있으며 이를 통해 층간거리, 표면적, 공간 크기, 화학적 친화성 같은 여러 물리적 성질들을 바꿀 수 있으므로, 본 논문에서는 자연점토를 이용하여 층간 반응을 통해 휘발성 유기화합물의 흡착에 쓰일 수 있는 유용한 유기점토 화합물을 합성하고 이들의 구조를 확인코자 하였다. 벤젠과 톨루엔의 흡착은 IOC-CPC나 Al-PILC에서 보다 OC-CPC에서 더 잘 이루어졌으며, 자연점토에서는 거의 흡착이 일어나지 않았다. OC-CPC 화합물에서는 친 소수성 성질이 크고 층간 거리도 증가했기 때문에 흡착이 잘 일어났다고 볼 수 있으며, 반면에 친수성이 큰 Al-PILC 에서는 벤젠과 톨루엔 같은 휘발성 유기물에 대한 흡착이 상대적으로 적게 일어났다.

Transition-metal oxide semiconductors have various band gaps. Therefore, many studies have been conducted in various application fields. Among these, methods for the adsorption of organic dyes and utilization of photocatalytic properties have been developed using various metal oxides. In this study, the adsorption and photocatalytic effects of WO3 nanomaterials prepared by hydrothermal synthesis are investigated, with citric acid added in the hydrothermal process as a structure-directing agent. The nanostructures of WO3 are studied using transmission electron microscopy and scanning electron microscopy images. The crystal structure is investigated using X-ray diffraction patterns, and the changes in the dye concentrations adsorbed on WO3 nanorods are measured with a UV-visible absorption spectrophotometer based on Beer-Lambert’s law. The methylene blue (MB) dye solution is subjected to acid or base conditions to monitor the change in the maximum adsorption amount in relation to the pH. The maximum adsorption capacity is observed at pH 3. In addition to the dye adsorption, UV irradiation is carried out to investigate the decomposition of the MB dye as a result of photocatalytic effects. Significant photocatalytic properties are observed and compared with the adsorption effects for dye removal.