본 연구는 촉매이용열처리 활엽수의 심·변재 구분에 따른 내후성 효과를 평가하기 위하여 실시하였다. 졸참나무, 구실잣밤나무, 백합나무를 심재와 변재로 구분한 시험편을 7.5%의 촉매제에 10분간 침지하여 열처리 장치에서 130℃에 90분간 열처리 후 백색 부후균(Trametes versicolor)을 사용하여 활엽수 심재와 변재의 내후성을 조사하였다. 촉매이용열처리 후 모든 조건에서 목재의 중량과 밀도가 약간 감소하는 경향을 나타내었다. 부후처리 후 무처리와 비교하여 촉매이용열처리에서 낮은 중량감소율이 나타났으며, 수종별 비교에서는 졸참나무의 촉매이용열처리 변재에서 가장 낮은 중량감소가 나타났다. 촉매제를 이용한 열처리법은 부후균에 의한 목재의 부후저항을 효과적으로 증가시켰다.

The coupling of two semiconducting materials is an efficient method to improve photocatalytic activity via the suppression of recombination of electron-hole pairs. In particular, the coupling between two different phases of TiO2, i.e., anatase and rutile, is particularly attractive for photocatalytic activity improvement of rutile TiO2 because these coupled TiO2 powders can retain the benefits of TiO2, one of the best photocatalysts. In this study, anatase TiO2 nanoparticles are synthesized and coupled on the surface of rutile TiO2 powders using a microemulsion method and heat treatment. Triton X-100, as a surfactant, is used to suppress the aggregation of anatase TiO2 nanoparticles and disperse anatase TiO2 nanoparticles uniformly on the surface of rutile TiO2 powders. Rutile TiO2 powders coupled with anatase TiO2 nanoparticles are successfully prepared. Additionally, we compare the photocatalytic activity of these rutile-anatase coupled TiO2 powders under ultraviolet (UV) light and demonstrate that the reason for the improvement of photocatalytic activity is microstructural.

F-containing TiO2 nanopowders are synthesized using simple wet processes (precipitation-based and hydrothermal) from ammonium hexafluorotitanate (AHFT, (NH4)2TiF6) as a precursor to apply as a photocatalyst for the degradation of rhodamine B (RhB). The surface properties of the prepared samples are evaluated using X-ray diffraction (XRD), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), field-emission scanning electron microscopy (FESEM), and transmission electron microscopy (TEM). The results confirm that the synthesized anatase TiO2 has sphere-like shapes, with numerous small nanoparticles containing fluorine on the surface. The photocatalytic activity of F-containing TiO2 compared with F-free TiO2 is characterized by measuring the degradation of RhB using a xenon lamp. The photocatalytic degradation of F-containing TiO2 exhibits improved photocatalytic activity, based on the positive effects of adsorbed F ions on the surface.

본 총설은 다양한 저널 게재 논문으로부터 분리막 및 광촉매의 혼성 정수/하수 처리 공정을 요약하였다. 이 총설에는 (1) 분리막 광촉매 반응기(membrane photoreactor, MPR), (2) 분리막 결합 광촉매 공정에서 막오염 관리, (3) 유기 오염 물의 분해를 위한 광촉매 분리막 반응기, (4) 정수처리용 막분리 공정과 광촉매 분해의 결합, (5) 휴믹산 분해를 위한 광촉매 및 세라믹 막여과의 혼성공정, (6) 활성슬러지 여과를 위한 한외여과의 막오염에 이산화티타늄 나노입자의 영향, (7) 정수처 리용 광촉매 및 정밀여과의 혼성시스템, (8) 선박 평형수 처리용 한외여과 및 광촉매의 혼성공정 및 (9) 분리막 및 광촉매 코팅 프로필렌 구의 혼성수처리 공정이 포함되어 있다.

Porous graphites were synthesized by removing the template in HF after cabothermal conversion for 3 h at 900 ℃, accompanied by intercalations of pyrolyzed fuel oil (PFO) in the interlayer of Co or Ni loaded magadiite. The X-ray powder diffraction pattern of the porous graphites exhibited 00l reflections corresponding to a basal spacing of 0.7 nm. The particle morphology of the porous graphites was composed of carbon plates intergrown to form spherical nodules resembling rosettes like a magadiite template. TEM shows that the cross section of the porous graphites is composed of layers with very regular spaces. In particular, crystallization of the porous graphite was dependent on the content of Co or Ni loaded in the interlayer. The porous graphite had a surface area of 328-477 m2/g. This indicates that metals such as Co and Ni act as catalysts that accelerate graphite formation.

Nitrogen (N)-doped protein-based carbon as platinum (Pt) catalyst supports from tofu for oxygen reduction reactions are synthesized using a carbonization and reduction method. We successfully prepare 5 wt% Pt@N-doped protein-based carbon, 10 wt% Pt@N-doped protein-based carbon, and 20 wt% Pt@N-doped protein-based carbon. The morphology and structure of the samples are characterized by field emission scanning electron microscopy and transmission electron micro scopy, and crystllinities and chemical bonding are identified using X-ray diffraction and X-ray photoelectron spectroscopy. The oxygen reduction reaction are measured using a linear sweep voltammogram and cyclic voltammetry. Among the samples, 10 wt% Pt@N-doped protein-based carbon exhibits exellent electrochemical performance with a high onset potential of 0.62 V, a high E1/2 of 0.55 V, and a low ΔE1/2= 0.32 mV. Specifically, as compared to the commercial Pt/C, the 10 wt% Pt@N-doped proteinbased carbon had a similar oxygen reduction reaction perfomance and improved electrochemical stability.

본 연구에서는 질소산화물 제거용 환원제로 사용하는 요소 수용액을 암모니아로 전환하는데 있어 SCR 상용촉매의 활용가능성을 확인하기위해 촉매조성에 따른 반응온도, 공간속도의 영향에 대한 연구를 수행하였다. 연구결과 SCR 촉매로 널리 사용되는 V2O5/TiO2 촉매는 TiO2 및 WO3-V2O5/TiO2 촉매에 비해 암모니아 생성이 우수함을 보였다. 활성금속을 담지하지 않은 TiO2 촉매는 V2O5 혹은 WO3-V2O5를 담지 한 촉매에 비해 공간속도에 따른 암모니아 전환에 영향을 받지 않는 것으로 나타났으며, 활성금속을 담지 한 촉매는 공간속도가 증가함에 따라 암모니아 생성 농도가 감소됨을 확인하였다.

산업과 의학이 발전되면서 많은 인구는 삶의 질에 관심을 가지게 되었다. 건강에 대한 시각이 높아지면서 육류보다 채식 또는 식물성 오일을 선호하게 되었다. 오늘날 주로 니켈 촉매를 사용한 공정이 개발되면서 식물성 오일의 보존기간이 늘어나고 이동성이 편리해졌다. 현재 유지경화용 니켈 촉매는 외국기업이 세계시장을 장악하고 있다. 한편, 국내 니켈 촉매의 대량 생산 기술은 퇴보 되어 전량 외국에서 수입하고 있는 실정이다. 따라서 활발한 기초연구가 필요하고 국내에서 상용화 할 수 있는 촉매개발이 필요하다. 본 연구는 수소화 반응으로부터 유지경화에 기반이 되는 니켈을 주 활성 촉매제로 사용하였고, 희토류가 촉매의 활성에 주는 영향을 알아보았다. 일정량의 희토류는 니켈의 분산을 유도하여 효율을 증가시키고 조촉매로써 사용이 가능하였다.

고분자 전해질 연료전지의 연료에 포함된 일산화탄소의 선택적 산화를 위하여, 귀금속 촉매를 대체하기 위한 CuO-CeO2 복합 산화물 촉매를 졸-겔법과 공침법으로 제조하였다. 졸-겔법으로 촉매 제조 시 Cu/Ce의 비와 가수분해 비를 변화시켰다. 제조한 촉매의 활성은 귀금속 촉매(Pt/γ-Al2O3)와 비교하였다. Cu/Ce의 비를 변화시키면서 제조한 촉매 중 Cu/Ce의 비가 4:16인 촉매가 가장 높은 CO 전환율(90%)과 선택도(60%)를 나타내었다. 촉매의 제조에서 가수분해 비가 증가할수록 촉매 표면적이 증가하였고, 아울러 촉매 활성 또한 증가하였다. 공침법으로 제조한 촉매와 1wt% Pt/γ-Al2O3 촉매의 가장 높은 CO 전환율은 각각 82% 및 81%인 반면, 졸-겔법으로 제조한 촉매의 경우는 90%가 얻어졌다. 이는 졸-겔법으로 제조한 촉매가 공침법으로 제조한 촉매나 귀금속 촉매보다 더 높은 촉매활성을 보임을 의미한다. CO-TPD 실험을 통하여, 낮은 온도(140℃)에서 CO를 탈착하는 촉매가 본 반응에서 더 높은 촉매활성을 보임을 알 수 있었다.

본 연구는 폴리에틸렌 중합에 이용되는 Ziegler-Natta 촉매와는 다른 Indene및 Cyclopent adien을 기반으로 하는 다양한 메탈로센 촉매를 사용하여 폴리에틸렌 왁스를 중합하고 중합한 폴리에틸렌 왁스 의 특성에 대해 분석하고 평가하였다. 폴리에틸렌 왁스 중합은 각 다른 구조의 리간드를 포함하는 메탈로 센 촉매에 대하여 중합온도, 연쇄이동제로 사용되는 수소와 에틸렌가스의 비율을 조정하여 다양한 조건하에서 중합을 시도 하였으며 그에 따른 분자량과 분자량 분포, 촉매 수율을 비교 분석하였다. 결과적으로 본 연구를 통하여 저분자량을 가지며 좁은 분자량 분포를 가지기에 적합한 메탈로센 촉매의 구조를 제안하였으며 이상적인 폴리에틸렌 왁스를 중합 할 수 있었다.

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.

To improve photocatalytic performance, a PbS/ZnO/TiO2 nanotube catalyst was synthesized, and its surface characteristics and photocatalytic efficiency were investigated. The hybrid photocatalysts were produced by anodic oxidation and successive ionic layer adsorption and reaction(SILAR). The photocatalytic efficiency was evaluated using the dye degradation rate. The PbS/ZnO/TiO2 photocatalyst significantly enhanced the photocatalytic activity for dye degradation, which was ascribed to the synergistic effect of their better absorption of solar light and a decrease in the rate of excited electron-hole recombination.

RuO2 is a common active component of Dimensionally Stable Anodes (DSAs) for chlorine evolution that can be used in wastewater treatment systems. The recent improvement of chlorine evolution using nanostructures of RuO2 electrodes to increase the treatment efficiency and reduce the energy consumption of this process has received much attention. In this study, RuO2 nanorod and nanosheet electrodes were simply fabricated using the sol-gel method with organic surfactants as the templates. The obtained RuO2 nanorod and nanosheet electrodes exhibit enhanced electrocatalytic activities for chlorine evolution possibly due to the active surface areas, especially the outer active surface areas, which are attributed to the increase in mass transfers compared with a conventional nanograin electrode. The electrocatalytic activities for chlorine evolution were increased up to 20 % in the case of the nanorod electrode and 35% in the case of the nanosheet electrode compared with the nanograin electrode. The RuO2 nanorod 80 nm in length and 20-30 nm in width and the RuO2 nanosheet 40-60 nm in length and 40 nm in width are formed on the surface of Ti substrates. These results support that the templated RuO2 nanorod and nanosheet electrodes are promising anode materials for chlorine evolution in future applications.

지구 온난화, 석유고갈, 환경오염에 대한 해결 방안으로 수송부분에서 국제적으로 바이오연 료에 관한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 그 중 바이오디젤은 석유계 디젤과 비교해 이산화탄소 및 대기오염 물질 배출이 적고 세탄가가 높은 장점을 가지고 있다. 현재 국내 바이오디젤 수요는 지속적으로 증가하고 있으나 원료부족으로 인해 수입의존도가 커지고 있는 상황이다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구는 현재 사용되지 않는 음폐유(약 33 % 유리지방 산 함유)를 Amberlyst-15 촉매가 이용한 에스테르화 반응을 통해 바이오디젤 원료로서 활용가능성을 확인 하였다. 다양한 반응 조건의 영향을 조사하기 위한 실험을 수행한 결과 반응온도 383 K에서 97.62 %의 전환 율을 얻었으며, 반응속도는 353 K에서 373 K로 증가 할 때 최대 1.99 배까지 상승하였다. 또한 동역학 적 결과를 이용하여 29.75 kJ/mol의 활성화 에너지를 확인하여 선행연구에서 연구된 타 고체촉매에 비 해 에스테르화반응에 Amberlyst-15 더 적합함을 확인하였다. 그리고 메탄올 몰 비가 증가함에 따라 최 대 91.43 %의 반응 전환율을 확인하였고, 촉매량 영향의 경우 0 wt%에서 20 wt%까지 증가시킨 결과 반응 전환율이 43.78 %에서 94.62 %까지, 초기 반응 속도는 1.1∼1.4 배로 상승하는 것을 확인하였 다. 교반속도의 경우 100∼900 rpm의 조건에 따라 실험을 수행하였으나 반응 전환율에는 큰 영향을 주 지 않음을 확인하였고 반응 시간에 따른 영향의 경우 240 분 까지 산가 감소를 보이다가 300 분이 지 나면서부터 산가가 상승하는 결과를 가져왔다. 그리고 위 실험들을 통해 도출된 최적 조건을 적용하여 음폐유 에스테르화 반응에 적용하였고 그 결과 반응시간 60 분에서 음폐유와 모사 폐유지간의 13 %의 반응 전환율 차이를 보였으나 최종 240 분 반응 전환율은 모사 폐유지 98.12 %, 음폐유는 97.62 %로 거의 유사한 결과를 얻었다.

ZnS powder was synthesized using a relatively facile and convenient glycothermal method at various reaction temperatures. ZnS was successfully synthesized at temperatures as low as 125 oC using zinc acetate and thiourea as raw materials, and diethylene glycol as the solvent. No mineralizers or precipitation processes were used in the fabrication, which suggests that the spherical ZnS powders were directly prepared in the glycothermal method. The phase composition, morphology, and optical properties of the prepared ZnS powders were characterized using XRD, FE-SEM, and UV-vis measurements. The prepared ZnS powders had a zinc blende structure and showed average primary particles with diameters of approximately 20~30 nm, calculated from the XRD peak width. All of the powders consisted of aggregated secondary powders with spherical morphology and a size of approximately 0.1~0.5 μm; these powders contained many small primary nanopowders. The as-prepared ZnS exhibited strong photo absorption in the UV region, and a red-shift in the optical absorption spectra due to the improvement in powder size and crystallinity with increasing reaction temperature. The effects of the reaction temperature on the photocatalytic properties of the ZnS powders were investigated. The photocatalytic properties of the assynthesized ZnS powders were evaluated according to the removal degree of methyl orange (MO) under UV irradiation (λ = 365 nm). It was found that the ZnS powder prepared at above 175 oC exhibited the highest photocatalytic degradation, with nearly 95 % of MO decomposed through the mediation of photo-generated hydroxyl radicals after irradiation for 60 min. These results suggest that the ZnS powders could potentially be applicable as photocatalysts for the efficient degradation of organic pollutants.

메조포러스 공극구조를 갖는 광촉매 멤브레인은 다양한 환경기술에 적용될 수 있다. 본 연구에서는 TiO2 층을 형 성시킨 광촉매 반응기용 세라믹 멤브레인을 개발하고 이를 염색용액 처리에 적용하였다. 높은 공극률과 균질성을 지닌 TiO2 광촉매층을 그라프트 공중합체를 사용하여 제조하였다. 멤브레인은 광촉매 반응기와 멤브레인 여과를 결합시킨 하이브리드 광촉매 반응기에 성공적으로 적용하였다. 실험결과 정렬된 구조의 TiO2 층이 Al2O3 지지체에 형성되었다. TiO2 층 형성 후 제조된 세라믹 분리막의 순수 투과도는 형성된 광촉매 층 저항으로 감소하였다. 정렬된 구조의 TiO2 층은 UV 결합 시 5시간 안에 완벽한 염색용액 분해를 달성시킬 수 있었다. 광촉매 멤브레인의 염색용액 분해는 Langmuir-Hinshelwood 흡착 모델로 잘 설명할 수 있었다. 또한 TiO2 층이 고정화된 세라믹 멤브레인의 model Congo Red에 대한 1차 속도상수는 Al2O3 지지체 단독인 경우에 비해 약 6배 정도 큰 값을 나타내었다(0.0081 vs. 0.0013 min-1).

본 연구에서는 배가스 내 존재하는 오염물질인 NO의 처리효율을 증대시키기 위하여 NO 산화 공정을 연구하였으며, 강력한 산화력의 건식산화제를 제조하는 방법으로 H2O2 촉매분해가 도입되었다. H2O2 분해공정 상에서 적용 가능한 K-Mn/Fe2O3 불균일계 촉매가 제조되었으며, 이들이 가지는 물리화학 적 특성이 H2O2 분해반응에 미치는 영향이 조사되었다. 제조된 건식산화제는 NO가 포함된 모사 배가스를 처리하기 위한 NO 산화공정에 적용되었으며, 다양한 모사 배가스의 유량(5, 10, 20 L/min)에서 약 100% 가까운 NO 전환율을 확인 하였다.

본 연구에서는 TiO2 nanotube 광촉매의 고도산화처리능을 비교하기 위해서 OH 라디칼 생성 력을 평가하고자 하였다. 자외선 조사에 따른 Probe compound인 4-Chlorobenzoic acid (pCBA)의 농 도 감소에 따라 OH radical 생성량을 산정하는 방법으로 광촉매 효율을 평가하였는데, TiO2 nanotube 표면에서의 전자의 흐름을 원활하게 하기 위하여 전기적 에너지를 주었을 시 광촉매 효율의 증가 가능 성 또한 확인하고자 자외선 조사 시 전류밀도를 인가하는 방법으로 실험을 진행하였다. 실험에 사용된 TiO2 nanotube는 전극효과를 부여하기 위해 양극산화법으로 티타늄판을 이용하여 제조하였으며, pCBA 용액에는 전도도를 부여하기 위하여 NaCl을 첨가하여 전해질로 사용하였다. 정전류 정전압 조건하에서 자외선조사 실험을 진행하였으며, 전류가 흐르는 광촉매에 자외선 조사 시 OH 라디칼 생성량은 광촉매 없이 자외선만 조사하였을 때에 비해 약 5.6배, TiO2 광촉매와 함께 자외선을 조사하였을 보다 약 2.2 배 증가하였다. 결과적으로 광촉매반응에 전기적 에너지를 부여하였을 시 시너지효과를 가져올 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다.

Well-dispersed platinum catalysts on ruthenium oxide nanofiber supports are fabricated using electrospinning, post-calcination, and reduction methods. To obtain the well-dispersed platinum catalysts, the surface of the nanofiber supports is modified using post-calcination. The structures, morphologies, crystal structures, chemical bonding energies, and electrochemical performance of the catalysts are investigated. The optimized catalysts show well-dispersed platinum nanoparticles (1-2 nm) on the nanofiber supports as well as a uniform network structure. In particular, the well-dispersed platinum catalysts on the ruthenium oxide nanofiber supports display excellent catalytic activity for oxygen reduction reactions with a half-wave potential (E1/2) of 0.57 V and outstanding long-term stability after 2000 cycles, resulting in a lower E1/2 potential degradation of 19 mV. The enhanced electrochemical performance for oxygen reduction reactions results from the well-dispersed platinum catalysts and unique nanofiber supports.

금속산화물 반도체 중 하나인 산화아연은 인체에 무해하고 친환경적이며, 우수한 화학적, 열 적 안정성의 특성을 지니며 3.37 eV의 넓은 밴드갭 에너지와 60 meV의 높은 엑시톤 바인딩 에너지로 인해 태양전지, 염료페기물의 분해, 가스센서 등 다양한 분야에 응용이 가능한 물질이다. 산화아연은 입 자 형상 및 결정성의 변화에 따라 광촉매 활성이 변하게 된다. 따라서, 다양한 실험변수와 첨가제를 사 용하여 입자를 합성하는 것이 매우 중요하다. 본 논문에서는 마이크로파 수열합성법을 사용하여 산화아연을 합성하였다. 전구체로는 질산아연을 사 용하였고, 수산화나트륨을 사용하여 용액의 pH를 11로 조정하였다. 첨가제로는 계면활성제인 에탄올아 민, 세틸트리메틸암모늄브로마이드, 소듐도데실설페이트, 솔비탄모노올레이트를 첨가하였다. 합성된 입자 는 별모양, 원추형, 씨드형태, 박막형태의 구형의 형상을 보였다. 합성된 산화아연의 물리・화학적 특성 은 XRD, SEM, TGA을 통하여 확인하였고, 광학적 특성은 UV-vis spectroscopy, PL spectroscopy, Raman spectroscopy으로 확인하였다.