The structure and magnetic properties of composite powders prepared by ball milling a mixture of Fe2O3 ‧ (0.4-1.0)Fe were investigated. Hysteresis loops and differential scanning calorimetry (DSC) curves are used to characterize the materials and to examine the effect of the solid state reaction induced by ball milling. The results showed that a solid state reaction in Fe2O3 ‧ (0.4-1.0)Fe clearly proceeds after only 1 h of ball milling. The system is characterized by a positive reaction heat of +2.23 kcal/mole. The diffraction lines related to Fe2O3 and Fe disappeared after 1 h of ball milling and, instead, diffraction lines of the intermediate phase of Fe3O4 plus FeO formed. The magnetization and coercivity of the Fe2O3 ‧ 0.8Fe powders were changed by the solid state reaction process of Fe2O3 by Fe during ball milling. The coercivity of the Fe2O3 ‧ 0.8Fe powders increased with increasing milling time and reached a maximum value of 340 Oe after 5 h of ball milling. This indicates the grain size of Fe3O4 was clearly reduced during ball milling. The magnetic properties of the annealed powders depend on the amount of magnetic Fe and Fe3O4 phases.

In order to expand the application of oxide dispersion-strengthened (ODS) steel, a composite material is manufactured by adding mechanically alloyed ODS steel powder to conventional steel and investigated in terms of microstructure and wear properties. For comparison, a commercial automobile part material is also tested. Initial microstructural observations confirm that the composite material with added ODS steel contains i) a pearlitic Fe matrix area and ii) an area with Cr-based carbides and ODS steel particles in the form of a Fe-Fe3C structure. In the commercial material, various hard Co-, Fe-Mo-, and Cr-based particles are present in a pearlitic Fe matrix. Wear testing using the VSR engine simulation wear test confirms that the seatface widths of the composite material with added ODS steel and the commercial material are increased by 24% and 47%, respectively, with wear depths of 0.05 mm and 0.1 mm, respectively. The ODS steel-added composite material shows better wear resistance. Post-wear-testing surface and cross-sectional observations show that particles in the commercial material easily fall off, while the ODS steel-added material has an even, smooth wear surface.

본 연구는 수중 비소제거를 위해 망간-철 산화물을 합성하고, PVdF와 복합화하여 전기방사법으로 제조하였다. TEM에서 산화물은 철이 망간을 감싼 형태이다. 인장강도는 PMF10이 PVdF보 다 2배 증가하였고 기공크기는 PVdF보다 작아지는 것이 확인되었다. 비소제거 실험에서 산화물은 As(Ⅲ)제거율이 80%이상 나왔고, As(V)도 제거되 었다. As(Ⅲ) 제거율은 PMF01이 30%로 상대적으로 우수한 결과를 보였다. 따라 서 이산화물은 나노섬유와 복합화를 통해 수처리 필터소재에 대한 기초연구에 활용될 것으로 기대된다.

본 연구에서는 비소(arsenic, As) 제거 특성을 가진 망간-철 산화물(manganese-iron oxide, MF)을 제조하고, 이를 poly vinylidene fluoride (PVdF)와 복합화를 진행하여 As(III)와 As(V)를 동시에 제거가 가능한 수처리용 나노섬유복합막 (polymer nanofiber membrane with Mn-Fe, PMF) 제조에 관한 기초 연구를 진행하였다. Transmission electron microscope (TEM) 분석을 통해 MF 소재의 형상 및 구조를 확인하였으며, PMF 복합막의 수처리용 분리막으로의 활용가능성을 조사하 기 위하여 기계적 강도, 기공크기, 접촉각 및 수투과도 분석을 진행하였다. 측정결과로부터 망간과 철 비율이 같은 PMF11 복 합막의 기계적 강도가 가장 높은 결과값(232.7 kgf/cm2)을 나타낸 것을 확인할 수 있었다. 또한, MF 소재의 도입에 따라 기공 크기가 점차 줄어드는 경향성을 확인할 수 있었으며, 특히, 철 산화물의 조성비가 증가할수록 기공크기가 감소하는 경향성을 보여주었다. 수투과도 측정결과 MF 소재의 도입에 따라 PVdF 나노섬유막에 비해 약 10~60% 이상 향상되는 결과를 나타내 었다. 제조된 MF 소재 및 PMF 복합막의 비소 제거 특성평가를 통해 As(III)와 (V)의 동시 제거 가능하며, 특히, MF01 샘플 의 경우 As(III)와 (V)에 각각 93, 68%의 가장 높은 흡착제거율을 나타내었다. 따라서 본 연구에서는 제조된 MF소재 및 PMF 복합막을 통해 수처리용 분리막의 기능성 향상을 위한 기초연구 자료로 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

식용수의 비소오염으로 인한 피해로 비소에 대한 관심이 증대되고 있으며, 아시아 지역뿐만 아니라 북남미, 유럽까지 비소로 오염된 지하수가 발견되고 있다. 본 연구에서는 As(Ⅲ)와 As(V)의 흡착특성을 가진 것으로 알려진 망간-철 산화물을 합성하고, PVdF고분자를 이용하여 복합나노섬유를 제조하였으며, 복합막의 물리적 특성과 비소제거 성능을 확인하였다. 복합화 전 합성된 망간-철 산화물을 ICP를 이용하여 비소제거율을 측정한 결과 As(V)는 43.6%, As(Ⅲ)는 65.5%의 제거율을 보였다.

The chemical formula of magnetite (Fe3O4) is FeO·Fe2O3, t magnetite being composed of divalent ferrous ion andtrivalent ferric ion. In this study, the influence of the coexistence of ferrous and ferric ion on the formation of iron oxide wasinvestigated. The effect of the co-precipitation parameters (equivalent ratio and reaction temperature) on the formation of ironoxide was investigated using ferric sulfate, ferrous sulfate and ammonia. The equivalent ratio was varied from 0.1 to 3.0 andthe reaction temperature was varied from 25 to 75. The concentration of the three starting solutions was 0.01mole. Jarosite wasformed when equivalent ratios were 0.1-0.25 and jarosite, goethite, magnetite were formed when equivalent ratios were 0.25-0.6. Single-phase magnetite was formed when the equivalent ratio was above 0.65. The crystallite size and median particle sizeof the magnetite decreased when the equivalent ratio was increased from 0.65 to 3.0. However, the crystallite size and medianparticle size of the magnetite increased when the reaction temperature was increased from 25oC to 75oC. When ferric and ferroussulfates were used together, the synthetic conditions to get single phase magnetite became simpler than when ferrous sulfatewas used alone because of the co-existence of Fe2+ and Fe3+ in the solution.

A Fe(OH)2 suspension was prepared by mixing iron sulfate and a weak alkali ammonia solution. Following this, iron oxides were synthesized by passing pure oxygen through the suspension (oxidation). The effects of different reaction temperatures (30˚C, 50˚C, 70˚C) and equivalent ratios (0.1~10.0) on the formation of iron oxides were investigated. An equilibrium phase diagram was established by quantitative phase analysis of the iron oxides using the Rietveld method. The equilibrium phase diagram showed a large difference from the equilibrium phase diagram of Kiyama when the equivalent ratio was above 1, and single Fe3O4 phase only formed above an equivalent ratio 2 at all reaction temperatures. Kiyama synthesized iron oxide using iron sulfate and a strong alkali NaOH solution.

In order to prevent the oxide formation on the surface of nano-size iron particles and thereby to improve the oxidation resistance, iron nanoparticles synthesized by a chemical vapor condensation method were directly soaked in hexadecanethiol solution to coat them with a polymer layer. Oxygen content in the polymer-coated iron nanoparticles was significantly lower than that in air-passivated particles possessing iron-core/oxide-shell structure. Accordingly, oxidation resistance of the polymer-coated particles at an elevated temperature below in air was times higher than that of the air- passivated particles.

Nanoparticles of iron oxides have been prepared by the levitational gas condensation (LGC) method, and their structural and magnetic properties were studied by XRD, TEM and Mossbauer spectroscopy. Fe clusters were evaporated from a surface of the levitated liquid Fe droplet and then condensed into nanoparticles of iron oxide with particle size of 14 to 30 nm in a chamber filled with mixtures of Ar and gases. It was found that the phase transition from both - and -Fe to , which was evaluated from the results of Mossbauer spectra, strongly depended on the flow rate. As a result, - was synthesized under the flow rate of 0.1(Vmin)0.15, whereas was synthesized under the , flow rate of 0.15(Vmin)0.2.

Arsenic is among the heavy metals commonly found in aqueous environments. Iron oxide is known as an efficient adsorbent for the arsenic. A new synthetic method was applied to provide iron oxide giving a large specific surface area. The mixing method affects the formation of iron oxide. Ultrasonic waves assisted the formation of very fine iron oxide in an organic phase. The synthesized iron oxide is amorphous type with a high surface area of more than 181.3 m2/g. Sorption capacity of the synthesized adsorbent was relatively very high for arsenic and varied depending on the oxidation state of arsenic: a higher capacity was obtained with As(V). Lower solution pH provided a higher sorption capacity for As(V). The competitive effect of co-exist anions such as chloride, nitrate, and sulfate was minimal in sorption capacity of the iron oxide for arsenic.

고도산화공정(Advanced Oxidation Process, AOP) 중 하나인 펜톤 산화법은 과산화수소(H2O2)와 2가철 이온(Fe2+)이 반응하여 OH 라디칼을 생성함으로써, OH 라디칼의 강한 산화력으로 유기물을 분해하는 방법이다(Kim et al., 2016). 펜톤 산화는 다양한 유기물과의 높은 반응성을 지닌다는 점과 생물학적으로 분해가 어려운 물질을 산화·분해시켜 생물학적 처리가 가능하도록 한다는 등의 장점을 지니고 있다(Lee et al., 2003, Sung et al., 2006). 그러나, 펜톤 산화는 유기물과의 반응 후 펜톤 슬러지를 부산물로 다량 생성하기 때문에 발생된 슬러지를 처리하는 공정이 추가적으로 요구된다. 또한, 펜톤 슬러지는 다량의 난분해성 물질과 철염 등을 함유하고 있기 때문에 처리하는 방법이 까다롭다. 펜톤 슬러지는 주로 ‘매립’으로 처리하고 있으나 매립지 크기의 한계 및 수명 단축, 비싼 처리비용 등의 문제가 뒤따르기 때문에 이에 대한 대책이 필요한 실정이다. 본 연구에서는 펜톤 슬러지를 처리하는 방안으로 펜톤 산화용 철 촉매로의 재이용을 제안하였고, 크게 슬러지 용해, 슬러지 내 철 이온 전환, 철 촉매 실사용 단계로 나눠 연구를 진행하였다. 본 연구는 ‘D’ 산업용수센터에서 발생하는 RO 농축폐수를 펜톤 산화법으로 처리한 후 발생하는 펜톤 슬러지를 대상으로 실시하였다. 반고체 형태의 펜톤 슬러지에 산(acid)을 가하면 용해액 상태로 바뀌는데 이는 펜톤 슬러지 사용을 용이하게 만든다. 이에 pH, 반응시간 등의 실험 인자를 바꿔가며 슬러지 용해 최적조건을 찾고자 하였다. 한편, 펜톤 슬러지를 펜톤 산화용 철 촉매로 재이용하기 위해서는 용해된 펜톤 슬러지 내 철 형태가 2가철 이온으로 존재하는 것이 유리하다. 용해된 펜톤 슬러지 내 철 이온은 대부분 3가철 형태로 존재하는데 Zn, Cd, Cu 등의 금속, 요오드산, 철편 등의 환원제를 투입함으로써 3가철을 2가철 이온으로 환원할 수 있다. 본 연구에서는 영가철을 환원제로 사용하여 용해된 슬러지 내 철 이온을 2가철 이온으로 환원하였다. 용해된 펜톤 슬러지에 영가철을 투입하였고 pH, 반응시간, 영가철 투입량 등 반응 인자를 바꿔가며 펜톤 슬러지 내 2가철 이온 전환의 최적조건을 찾고자 하였다. 두 단계를 거쳐 생성된 펜톤 슬러지 기반의 철 촉매는 실제 RO 농축폐수를 펜톤 산화로 처리할 때 펜톤 산화 시약으로 사용하였으며, 실제 펜톤 산화에서 사용하는 2가철 촉매(FeSO4)와 비교하여 펜톤슬러지 기반의 철 촉매의 효율성을 평가하였다.

점토 광물의 구조 내에 들어 있는 철의 산화수는 퇴적환경의 산화/환원 조건에 대한 정보를 제 공하여 준다. 이러한 광물형성의 메커니즘을 밝히기 위해서는 고해상도를 가진 전자현미경을 이용한 나노 스케일 분석이 불가피하다. 투과전자현미경에 장착되어있는 전자에너지 손실분광 분석법(EELS)을 이용하여 정량적 철 산화수 분석을 논트로나이트 점토광물 구조 내 철의 환원으로 인한 K-논트로나 이트의 형성의 예를 들어 설명하고자 한다. 철 산화/환원의 정량적 분석을 통하여 퇴적물의 위치에 따른 철 산화도 측정은 광물변화에 대한 연구를 용이하게 해준다. 따라서 본 논문은 전자에너지 손실분 광의 분석방법 및 장점을 소개함을 목적으로 한다.

기체연료를 사용하는 중대형 보일러 및 청정연료인 LNG를 사용하는 복합화력발전소에서 비정기적, 비연속적으로 입자상 오염물질이 상당량 배출되고 있다. 하지만 국내 환경오염 방지법규에서는 구체적인 배출제한 등의 규제가 없으며 문제의 심각성을 인지하지 못하고 있다. 입자상물질의 배출원인은 배열회수보일러 내부의 모듈, Pin tube 및 각종 철골 구조물들이 배기가스에 의한 열팽창 및 부식 등으로 인해 탈리되어 진다. 화력발전소의 경우 연료 중 황산화물 및 산가스에 의한 침식, 장기간 고온 노출에 의한 부식이 이루어지며, 특히 계획예방 정비 기간이 길어질수록 배출되는 철산화물의 양이 많아짐으로서 인근 지역의 피해가 커지고 있다. 그러나 실질적인 배출원 조사 및 주변 환경에 대한 영향평가, 적용 가능한 기술개발의 시도가 현재까지 전무한 실정이다. 현재, 계획예방 정비시 Air blowing, CO2 blasting을 통하여 일부 제거하고 있으나, 대부분의 입자상물질은 복합화력발전시설 인근의 건물과 도로에 낙진하여 지역주민의 건강과 재산상 피해를 주어 민원을 유발시키고 있다. 따라서 천연가스를 연료로 하는 복합화력 가스터빈의 계획예방 정비 후 첫 기동시(0~100% Load) 배출되는 입자상물질에 대한 기초조사를 실시하여 그 실태를 파악해 보고자 하였다. ‘A’ 복합화력발전소의 가스터빈을 대상으로 약 60일간의 계획예방 정비가 끝난 후 기동 시 3일 동안 연돌로 배출되는 먼지를 측정하였다. 그 결과 먼지의 배출량은 배기가스 배출가스량이 가장 많은 시점인 Base load에서 약 70~1,065mg/Sm³으로 가장 높았고, 이후 재 가동시에는 0.7~5.3mg/Sm³으로 미량 배출되었다. 또한 배열 회수보일러 내부에서 시료를 채취하여 체분석 및 EDX,　SEM 분석을 통해 입자상오염물질의 입경범위, 성분, 입자모양를 분석하였다. 분석결과 0~1,000μm 분포범위에서 1μm 이하 범위의 먼지는 10% 이하이며, 대부분의 먼지는 약 1~10μm 이상의 먼지가 차지하는 것으로 나타났다. 또한 먼지의 90% 이상이 Fe, O이었으며, 이를 통해 입자상의 오염물질이 철산화물인 것을 알 수 있었고 일부분 배출먼지에 황산화물이 검출되기도 하였다. SEM 분석결과 입자의 표면이 거칠고 모양과 크기가 모두 다양하였으며, 서로 다른 미세입자가 응집되어 있는 것을 확인할 수 있었다.