본 연구에서는 산 폐수에서 효율적인 산-금속이온 분리를 위한 전기투석 공정에 적용할 수 있는 1가 이온에 대한 높은 선택성을 가진 양이온 교환막의 제조에 관한 연구를 수행하였다. 설폰산기를 가진 sodium 4-vinylbenzenesulfonate (NaSS), 포스폰산기를 가진 vinylphosphonic acid (VPA) 단량체 및 가교제를 비대칭 구조의 다공성 지지체에 충진하고 in-situ 광중합을 통해 세공충진 양이온 교환막을 제조하였다. 제조된 세공충진 양이온 교환막은 상용막 대비 이온교환용량이 다소 낮았으나 실제 응용에 적합한 수준의 전기적 저항 및 기계적 물성을 나타내었다. 다양한 NaSS:VPA 몰 비율로 제조된 세공충진 양이온 교환막과 상용막(CSE, Astom, Japan)의 H+/Fe2+ 혼합용액에서의 선택투과도를 측정한 결과 NaSS:VPA = 25:75 조건에서 가장 우수한 선택투과도를 확인하였으며 이는 상용막 대비 10 이상 높은 값이었다. 또한 최적 조건의 제조막 을 이용한 H+/Fe2+ 혼합용액의 전기투석 결과 상용막 대비 우수한 산-금속 이온 분리 성능을 확인할 수 있었다. 이온전도성이 우수한 설폰산기와 금속이온에 대한 결합력이 강한 포스폰산을 함께 도입한 양이온 교환막은 Fe2+ 이외에도 산 폐액으로부터 다양한 유가 금속이온을 분리하는 데 효과적일 것으로 기대된다.

메타바나듐산 암모늄으로 제조한 전해액과 양이온교환막인 Nafion117을 활용하는 바나듐 레독스 흐름 전지 (vanadium redox flow battery, VRFB)의 전기화학적 성능을 평가하였다. VRFB의 전기화학적 성능은 전류밀도 60 mA/cm2에 서 측정하였다. 메타바나듐산 암모늄으로 제조된 전해액을 사용한 VRFB의 평균 전류효율은 94.9%, 평균 전압효율은 82.2%, 평균 에너지효율은 78.0%를 보였다. 그리고 메타바나듐산 암모늄으로 제조된 전해액을 사용한 VRFB의 각 효율은 바나딜 설 페이트(VOSO4)로 제조된 전해액을 사용한 VRFB의 각 효율과 비교하여 거의 동등한 값을 갖는다는 것을 확인하였다.

양이온 계면활성제인 tetradecyltrimethylammonium bromide (TTAB)에 의한 크레졸 이성질 체의 가용화에 미치는 치환기, 온도 그리고 NaCl과 n-부탄올과 같은 첨가제의 효과를 UV-Vis법으로 측정하였다. 가용화상수(K8)값은 o-크레졸<m-크레졸<p-크레졸 순으로 증가하였으며, 온도의 증가에 따라 이들 K8값은 감소하였다. 크레졸 이성질체들의 가용화에 대하여 계산한 ΔG0값과 ΔH0값은 모두 음의 값을 나타내었다. 그러나 ΔS0값은 모두 양의 값을 나타내었다. 또한 ΔG0값은 n-부탄올의 농도가 증가할수록 증가하는 경향을 그러나 NaCl의 농도가 증가할수록 더욱 감소하는 경향을 보였다. 이러한 사실들로부터 크레졸 이성질체들의 가용화에는 엔탈피와 엔트로피가 동시에 기여하고 있으며, 또한 크레졸분자들이 가용화되는 위치는 미셀의 표면이나 palisade층에서 주로 이루어짐을 알 수 있다.

수경재배 시스템에서 이온선택성전극(ISE)를 이용하여 배액 내 칼륨, 칼슘, 질소 이온농도를 측정하고 배양액 조제알고리즘을 통해 부족농도를 보충하는 시스템을 개발하였다. 또한, ISE로 실시간 측정이 어려운 다량원소 중 미측정 이온에 대한 농도는 배액 내 다량원소 간 상관관계를 통해 예측하였다. 회수된 배액을 재사용하기 위해서는 배액의 이온농도 측정도 중요하지만 부족한 양을 어떻게 정확하게 공급해 줄 것인지도 중요하다. 부족 농도를 보충하기 위해 비료농축액을 사용하였으며, 회수된 배액 내 미측정된 다량원소 이온들의 농도를 예측하기 위해 상추 재배실험 을 통해 이온 크로마토그래피로 측정한 다량원소 간 관계를 분석하였다. PO4의 경우 전극을 이용하여 측정 가능한 다량원소 간의 상관관계는 결정계수 K=0.91, NO3=0.96, Ca=0.87로 모두 높은 관계를 나타내었다. 이 중 결정계수가 가장 높은 질산을 조제 알고리즘에 사용하였다. Mg의 경우 K=0.93, NO3=0.93, Ca=0.99로 셋 중 Ca와 가장 밀접한 관계를 보여 Ca를 조제 알고리즘에 사용하였다. SO4의 경우 K=0.86, NO3=0.97, Ca=0.95를 나타냈으며 결정계수가 가장 높은 NO3를 알고리즘에 적용하여 양액을 조제 하려고 했으나 해당 비료의 과잉공급이 발생하게 되어 Ca을 적용하여 양액을 조제 하였다. 알고리즘을 이용하여 조제한 결과 전체적으로 10% 내의 오차로 나타났지만 비료농축액 공급량 결정 시 투입되는 비료를 순차적으로 결정할 뿐만 아니라 특정 이온의 과잉 또는 부족 농도가 최소화될 수 있는 방향으로 알고리즘을 만들었기 때문에 NO3과 SO4에 대한 공급오차는 발생할 수밖에 없었다. 개발된 시스템의 성능을 평가하고자 재배실험에서 나온 배액과 제조된 양액을 비교하였고 K, Ca, NO3의 공급오차는 평균 ±10%내를 보여 예상치보다 다소 많은 오차를 보였지만 회수된 배액을 재조제하여 공급하였을 때 실제 작물재배에서 목표 농도를 유지할 수 있을 것으로 보였다. 하지만 보다 정밀한 제어를 위해 상추 생육단계별 이온흡수량 데이터베이스를 구축하여 조제알고리즘에 적용시켜 배양액을 공급할 수 있는 연구가 필요하다고 판단되었다.

The co-doping effect of aliovalent metal ions such as Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+, and Zn2+ on the photoluminescence of the Y2O3:Eu3+ red phosphor, prepared by spray pyrolysis, is analyzed. Mg2+ metal doping is found to be helpful for enhancing the luminescence of Y2O3:Eu3+. When comparing the luminescence intensity at the optimum doping level of each Mg2+ ion, the emission enhancement shows the order of Zn2+ Ba2+ > Ca2+ > Sr3+> Mg2+. The highest emission occurs when doping approximately 1.3% Zn2+, which is approximately 127% of the luminescence intensity of pure Y2O3:Eu3+. The highest emission was about 127% of the luminescence intensity of pure Y2O3:Eu3+ when doping about 1.3% Zn2+. It is determined that the reason (Y, M)2O3:Eu3+ has improved luminescence compared to that of Y2O3:Eu3+ is because the crystallinity of the matrix is improved and the non-luminous defects are reduced, even though local lattice strain is formed by the doping of aliovalent metal. Further improvement of the luminescence is achieved while reducing the particle size by using Li2CO3 as a flux with organic additives.