In this paper, the commercial anion exchange resin (IRA900) was used to investigate the adsorption properties, comparing the anion selectivity of phosphate and sulfate in water. The phosphate removal efficiency was 29.6% less than sulfate in single condition, and significantly decreased from 44.8% to 3.47 in mixed conditions while sulfate removal efficiency remained unchanged, confirming a higher selectivity for sulfate over phosphate. In the pH effect, phosphate removal efficiency increased with increase of pH due to the increased HPO4 2- species. The total removal efficiency of phosphate and sulfate was obtained approximately 62% in mixed condition, regardless of solution pH, indicating that the total anion exchange capacity was not influenced in the pH. The values of qmL and bL derived from Langmuir isotherm equation were 11.5 and 8.10 times higher for sulfate than for phosphate in mixed conditions. In single condition, sulfate and phosphate reached to equilibrium at 6 and 3 h, respectively. In mixed condition, phosphate was desorbed by the sulfate after 1h and the time to equilibrium for sulfate was retarded to 6h. Furthermore, when comparing the separation factor (αP/S), increasing the initial concentration led to higher selectivity of phosphate.

역전기투석(reverse electrodialysis, RED)은 해수와 담수의 농도 차로부터 에너지를 얻는 이온교환막을 이용한 전 기막 공정이다. 해수와 담수에 포함된 다가 이온은 이온교환막의 고정 전하 그룹에 강하게 결합하여 높은 저항을 유발하며 uphill transport를 통해 개방회로 전압과 전력 밀도를 저하시킬 수 있다. 본 연구에서는 RED 응용을 위해 1가 이온 선택성 및 전기화학적 특성이 우수한 세공충진 음이온교환막(pore-filled anion-exchange membrane, PFAEM)을 제조하였다. 제조된 막의 1가 이온 선택성은 3.65였으며 동일 조건에서 1.27의 선택성을 갖는 상용막(ASE, Astom Corp.)보다 우수한 수준을 나 타내었다. 또한 제조된 막은 ASE 대비 낮은 전기적 저항 등 우수한 전기화학적 특성을 나타내었다. 0.459 M NaCl/0.0510 M Na2SO4의 해수와 0.0153 M NaCl/0.0017 M Na2SO4의 담수 조건에서 RED 성능을 평가한 결과 제조된 막을 적용하여 1.80 W/m2의 최대 전력 밀도를 얻었으며 이는 ASE 막 대비 40.6% 향상된 출력 성능이었다.

Small-film-type ion sensors are garnering considerable interest in the fields of wearable healthcare and home-based monitoring systems. The performance of these sensors primarily relies on electrode capacitance, often employing nanocomposite materials composed of nano- and sub-micrometer particles. Traditional techniques for enhancing capacitance involve the creation of nanoparticles on film electrodes, which require cost-intensive and complex chemical synthesis processes, followed by additional coating optimization. In this study, we introduce a simple one-step electrochemical method for fabricating gold nanoparticles on a carbon nanotube (Au NP–CNT) electrode surface through cyclic voltammetry deposition. Furthermore, we assess the improvement in capacitance by distinguishing between the electrical double-layer capacitance and diffusion-controlled capacitance, thereby clarifying the principles underpinning the material design. The Au NP–CNT electrode maintains its stability and sensitivity for up to 50 d, signifying its potential for advanced ion sensing. Additionally, integration with a mobile wireless data system highlights the versatility of the sensor for health applications.

탄소나노튜브(CNT) 기반의 멤브레인은 높은 물 전달률과 직경에 따른 이온 배제율로 해수담수, 물질 정화 등을 위한 분리막으로써의 가능성을 보여 주었다. 이온 선택성은 CNT 기반 멤브레인의 응용 분야를 확대하기 위한 중요한 요소이며, 기능기를 이용하여 이온 선택성의 조절이 가능함이 보고되었다. 다양한 원자가/크기의 이온이 혼합될 경우, 이온-기능기간 작용력 뿐만 아니라 이온-이온간의 작용력, 이온의 크기에 의한 반발력 등이 복합적으로 작용한다. 이에 본 연구에서는 분자동역학 전산모사를 통하여, 상이한 원자가/크기를 가진 이온의 혼합이 기능화된 CNT의 이온 선택성에 미치는 영향을 연구 하였다. Potential of Mean Force 계산을 통하여 이온 투과에 대한 자유 에너지 장벽을 계산하였으며, CNT 크기 변화, 전하량 변화를 통하여 이온 선택성과 배제에 영향을 미치는 요소를 분석하였다. 본 연구는 CNT 멤브레인을 이용한 분리막 설계, 생체 이온 전달 채널 모사 등에 유용할 것으로 기대한다.

Salined water electrolysis is an electrochemical reaction to produce chlorine gas and sodium hydroxide as major products from salined water. Perfluorinated sulfonic acid (PFSA) ionomers and their derivatives have been usually used as polymeric electrolytes with high sodium ion selectivity and barrier property to chlorine and hydrogen gases. In spite of their industrial importance, there is little information on the relationship of their chemical features and electrochemical performances. In this study, membrane requirements for salined water electrolysis are described and fundamental and electrochemical characteristics of PFSA and hydrocarbon ionomer materials are compared each other. The obtained results are expected to provide membrane material design factors for low energy-consuming salined water electrolysis.

리튬이온 이차전지는 리튬이온이 이동하면서 전기화학적 충방전사이클을 완성하는 에너지변환장치를 의미한다. 리튬이온 이차전지는 높은 에너지밀도와 낮은 자가방전률, 상대적으로 긴 수명주기 등 다양한 장점을 갖는다. 최근 전기차 수 요증가는 고용량 리튬이온 이차전지 개발을 촉진하고 있으나 음극에서의 dendrite 형성으로 인한 전기적 단락 현상과 전지 폭 발 문제와 같은 심각한 안전문제를 야기한다. 또한, 리튬이온 이차전지 구동시 상승된 온도에서 폴리올레핀계열(예 : 폴리에 틸렌과 폴리프로필렌) 격리막의 열수축 문제가 발생한다. 이와 같이 낮은 열 안정성은 리튬이온 이차전지의 성능과 수명의 감소로 이어진다. 본 연구에서는 폴리올레핀계열 함침격리막 제조를 위한 중요한 소재로서 술폰화 폴리아릴렌에테르술폰 랜 덤 공중합체를 사용하였으며, 제조된 격리막을 이용하여 dendrite 형성과 관련된 금속이온 흡착 능력과 리튬이온전도성, 열적 내구성이 평가되었다.

A key element of environmentally friendly electric vehicles (EVs) based on polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) and lithium ion batteries (LIBs) is an ion-selective membrane, which can transport specific ions such as proton and lithium ions, and provide mechanical and chemical resistances. The state-of-the art membranes for PEFCs and LIBs are perfluorinated sulfonic acid ionomer reinforced membranes and ceramic-coated polyolefin separators, respectively. In spite of the improvement of membranes characteristics, additional membrane modifications are still needed to improve electrochemical cell performances and to extend their lifetime. In this presentation, several plausible approaches to improve membrane characteristics are introduced.

Lead (II) ion selective poly(aniline) solid contact electrode based on Tetramethylthiuram monosulfide ionophore as a sulfur containing sensing material is successfully developed. The electrode exhibits good linear response of 25.6 mV / decade (at 20±0.2℃, r2=0.995) within the concentration range of 1.0×10-1~4.0×10-7 M Pb (II). The composition of this electrode was Ionophore : PVC : dioctylphthalate : potassiumtetrakis(4-chlorophenyl)borate : Oleic acid = 5.0 : 20.0 : 25.0 : 4.0 : 5.0. When we consider the results of using different composition electrodes based on only one potassiumtetrakis(4-chlorophenyl)borate or Oleic acid liphophlic additive, poly(aniline) solid contact electrode based on Tetramethylthiuram monosulfide ionophore with potassiumtetrakis(4-chlorophenyl)borate and Oleic acid liphophlic additive had the best result in response characteristics. The electrode shows good selectivity for lead (II) ion in comparison with alkali, alkaline earth, transition and heavy metal ions. This electrode is suitable for use with aqueous solutions of pH 3.0 ~ 7.0 and their standard deviation in the measured emf differences was ±2.94 mV at Tris buffered lead sample solution of 1.0×10-2 M and ±2.82 mV at Tris buffered lead sample solution of 1.0×10-3 M. Their stabilization time was less than 710 s. and response time was less than 16 s.

Carbazole, EDOT 와 benzobisthiazole이 포함되어진 새로운 전도성 고분자의 합성 및 특징을 유기 분광학적인 방법으로 규명하였다. 포텐티오메트릭 이온 선택성 막 전극들은 넒은 감응범위(104~107)와, 시료의 혼탁도에 영향을 주지 않으며, 빠른 감응 시간과 소형화가 쉬운 이유로 병원, 환경과 산업 현장에서 널리 이용되고 있다. 이 전극의 막에는 강한 흡착과 열적인 안정성에서 뛰어난 상온에서 경화시킨 (RTV)-타입 실리콘 고무가 사용되었다. 불행하게도, 이 실리콘 고무 기반의 전극의 높은 막 저항(PVC 기반의 것과 비교하여 102~103배 더 높은 수치)이 응용에 제한이 되어 왔다. 여기에서 우리는 실리콘 고무 막에 전도성 고분자를 첨가 하여 막 저항이 줄어든 새로운 고체 전극을 구현하였다.

운반체(감응물질)로 제 4급 인산염을 사용하여 PVC를 지지체로 하여 과염소산이온의 농도 10-6 M까지 선형적인 이온선택성 전극을 제작하였다. 운반체의 화학적구조와 함량 가소제의 종류 및 막 두께에 따른 전극의 기울기 선형응답범위 및 한계측정농도 등 전극전위특성을 고려하여 최적의 과염소산 이온선택성 PVC막 전극을 제조한 다음 측정 가능한 pH 범위 선택계수 및 전극의 교류임피던스 특성을 비교 검토하였다 운반체로 tetraoctyl-phosphonium perchlorate(TOPP) tetraphenylphosphonium perchlorate(TPPP) 및 tetrabutylphosponium perchlorate (TBPP) 등의 제 4급 인산염의 과염소산 이온 치환체를 사용하였다 알킬기의 탄소고리 수가 증가할수록 전극특성은 TBPP, 선형응답범위 10-1×10-6 M 및 한계측정농도는 9.66×10-7 M 이었으며 시판되고 있는 Orion 전극특성보다 좋은 결과를 나타내었다 전극전위는 pH3~11범위에서 ph의 영향을 받지 않았으며 CIO4 에 대한 방해이온의 선택계수 서열은 SO24 < F < Br < I 이었다 임피던스 측정결과 TOPP의 경우 등가회로는 용액저항 이중층용량과 벌크저항의 병렬 및 Warburg 임피던스의 직렬이었다 이 경우 용액저항은 거의 나타나지 않았고 확산에 의한 Warburg 임피던스는 크게 나타났으며 Warburg 계수는 1.32×1074 Ω cdot cm2/s1/2이었다.

감응물질로 제4급 암모늄염을 사용하여 PVC를 지지체로 과염소산이온의 농도 10-6M까지 측정가능한 이온 선택성 전극을 제작하였다. 감응물질의 화학적 구조와 함량, 가소제의 종류 및 막 두께에 따른 선형응답 범위와 Nernst의 기울기 등 전극특성을 검토하여, 최적 막조건을 구한 다음 측정가능 pH범위와 여러 방해이온에 대한 선택계수를 비교 검토하였다. 과염소산 이온선택성 전극에서 감응물질의 화학적 구조 즉, 알킬기의 탄소고리수가 증가할수록 선형응답 범위 등 전극 특성은 Aliquat 336P, TOAP, TDAP 및 TDDAP의 순서로 좋아졌다. 가소제는 DBP가 가장 좋았고, 감응물질의 양은 최적 함량 이상에서 적을수록 좋았다. 최적 막 조성은 TDDAP 9.09, PVC 30.3 및 DBP 60.61wt%이었고, 막두께 0.45mm이었다. 이 조건에서 선형응답 범위 10-1~1.2 × 10-6M, 검출한계 5.1×10-7M 및 Nernst기울기 57mV/pClO4이었다. 막전위는 pH 4~11 범위에서 pH의 영향을 받지 않았으며, 선택계수 서열은 다음과 같았다. SCN->I->NO3->Br->ClO3->F->Cl->SO42-

이온교환 용액내 Na+ 이온의 몰농도 증가에 따른 zeolite A의 Sr2+ 이온교환 특성을 연구하기 위하여, Sr2+ 및 Na+ 이온으로 교환된 4개의 zeolite A 단결정을 혼합 이온교환 용액을 이용하여 회분법으로 준비하였 다. 이들 이온교환용액의 전체 몰농도는 0.05M이며, Sr(NO3)2:NaNO3 몰비는 각각 1:1(crystal 1), 1:100(crystal 2), 1:250(crystal 3), and 1:500(crystal 4) 이다. 이들 단결정은 623 K와 1×10-4 Pa의 진공하에서 2 일간 탈수 시 켰다. 이들의 구조는 단결정 싱크로트론 X-선 회절법으로 입방공간군 Pm3-m을 사용하여 해석하였으며 crystals 1, 2, 3 및 4의 최종 오차 인자를 각각 0.047/0.146, 0.048/0.142, 0.036/0.128, and 0.040/0.156로 정밀화하였다. Crystal 1과 2에서는 6개의 Sr2+ 이온이 결정학적으로 서로 다른 3개의 위치에서 발견되었다. Crystal 3에서는 1 개의 Sr2+ 이온과 10개의 Na+ 이온이 large cavity와 sodalite 내부에서 발견 되었다. Crystal 4 에서는 단지 12 개의 Na+ 이온만이 3개의 서로 다른 결정학적 자리에 점유하고 있었다. Sr2+ 이온의 이온교환율은 초기 Na+ 이온의 농도가 증가하고 Sr2+ 이온의 농도가 감소함에 따라 100에서 16.7 및 0%로 급격하게 감소 하였다. 또한, Sr2+ 이온 교환률이 감소 함에 따라 제올라이트 골격의 단위 격자 상수 값이 갑소 하였다.

최근 환경기준이 강화되면서 하수 처리공정에서 생물학적 처리와 탈인시설을 조합한 하이브리드형 고도처리 공정이 빠르게 도입되고 있다. 현재 도입되고 있는 탈인시설은 대부분 응집제 투여를 바탕으로 하는 화학적 처리공정으로 비교적 처리공정과 유지관리가 간단하여 처리효율의 신뢰도가 높은 장점이 있는 반면에 화학약품 비용과 발생된 슬러지의 처분비용 등이 매우 높다는 단점이 있다. 이에 반해 하이브리드형 고도처리시스템을 구축하는데 있어 가장 단순하고 안정적인 단위공정의 하나로 알려진 흡착법은 이온성 물질의 동시제거가 가능하면서도 기후 및 농도에 관계없이 처리효율이 비교적 일정하고, 부생독성물질을 생성시킬 위험성이 없다는 장점을 가지고 있다. 그럼에도 불구하고 흡착법이 하수처리의 탈인공정으로 널리 활용되지 못하는 이유는 인산이온만을 선택적으로 흡착할 수 있는 흡착제가 없기 때문이다. 최근 저자들은 하수처리수를 이용한 컬럼실험을 통해 강염기성은 물론 약염기성 음이온교환수지 모두 하수 중에 다량 함유되어 있는 황산이온의 방해로 인산이온을 거의 흡착하지 못함을 확인하였다. 즉, 고정층 컬럼 실험을 통해 얻은 인산이온의 흡착량은 인산이온만 있을 경우 134 mg/g인데 반해 실폐수의 경우 Cl과 SO4이온의 흡착경쟁 때문에 10.4 mg/g으로 감소하여 실폐수 적용이 불가능하였다.

현대 사회에 이르러서는 지구 온난화는 사회적, 과학적 문제만이 아닌, 학제적인(interdisciplinary) 관심을 필요로 하는 분야가 되었다. 여러 온실가스 감축안에서 탄소 포집 및 저장(Carbon Capture and Storage, CCS)은 미래 지구온난화 억지 방안으로 제시되었으며, 그 제안은 현재 좀 더 논의가 진전되어 탄소 포집 자원화(Carbon Capture and Utilization) 기술이 제시되기에 이르렀다. 현재 세계 각지에서 연구되고 있는 CCU 기술 중 주목받고 있는 이산화탄소 습식흡수 및 탄산화 공정은, 공정 내 탈거 에너지를 대폭으로 줄인다는 점에서 가장 연구가치가 있는 분야 중 하나일 것이다. 본 연구에서는 이 CCU, 탄산화 공정에서의 산물인 탄산염의 생산을 좀 더 고부가가치화 시키는 의도에서 진행되었다. 탄산화 공정의 주된 산물은 탄산칼슘인데, 이 탄산칼슘은 세 가지의 Polymorph(aragonite, vaterite, calcite)형태로 결정화된다. 이 Polymorph들 중 calcite를 제외한 두 결정형은 시장에서의 가치가 높은 형태로, 본 연구는 탄소 포집 자원화의 탄산화 공정, 더 세부적으로 탄산칼슘의 결정화 과정에서 Aragonite와 Vaterite의 선택성을 높이기 위해 진행되었다. 주요 실험의 변인은 다음과 같다. 마그네슘 이온의 농도, 엄밀히는 마그네슘 이온과 탄산화에 사용되는 칼슘 이온의 비를 조절하여 탄산화 결정화 구조를 관찰한다. 이때, 사용되는 음이온은 습식 흡수제(MonoEthanolAmine, DiEthanolAmine, MethylDiEthanolAmine)에 흡수된 이산화탄소의 음이온 형태(Carbamate, Carbonate, Bicarbonate)로 하고, 마그네슘 농도는 무게비로 1퍼센트 포인트(1 wt%p) 간격으로 충분한 농도의 칼슘이온 비(20 wt%)까지(0 wt%Mg2+ ~ 20 wt%Mg2+) 조절하였고, 이후 결정화 구조는 X-ray diffraction과 Scanning Electron Microscopy로 관찰하였다.

New thia-and diselena-crown ethers containing two suffer and selenium donor atoms have been prepared. And then, mercury (Hg^2+) ion-selective electrodes with PVC-plasticizer (STPB) based on some macrocycles as neutral carriers were also made. The electrochemical selectivities for various ions, and the effects for macrocycles, matrix of membranes, ratio of plasticizer to macrocycles, concentration and pH of test solution were investigated on the Hg^2+ ion selective electrodes. The 1,10-diselena-l8-crown-6-PVC-STPB (sodium tetraphenylborate) exhibited good linear responses of 28.2 ± 0.6 decade^-1 for Hg^2+ ion in the concentration ranges of 10^-2∼10^-6 M Hg^2+ ion. This electrode exhibited comparatively good selectivities for Hg^2+ ion in comparison with alkali and alkaline earth metal ions, some heavy metal ions and rare earth metal ion in the range of pH 2.5∼6.0. In addition, this electrode was applied as a sensor in the titration of Hg^2+ ion with I^- ion in water.