직접 메탄올 연료전지(direct methanol fuel cell, DMFC)는 연료의 개질 없이 메탄올 연료를 공급하여 수소이온과 전자 생성을 통해 전류를 생산하는 에너지 변환 장치이다. 현재 DMFC에 적용되고 있는 고분자 전해질 막(polymer electrolyte membrane, PEM)은 높은 수소이온 전도도와 물리화학적 안정성을 갖는 과불소화계 이오노머를 활용한 PEM이지만, 높 은 메탄올 투과율과 분해 시 발생되는 환경 오염 물질 등의 문제로 인해 신규 소재 개발이 요구되고 있다. 최근 들어, 과불소 화계 이오노머에 비해 낮은 연료 투과율 및 우수한 물리화학적 안정성을 갖는 탄화수소계 고분자 기반 PEM을 DMFC에 적 용하는 연구들이 보고되고 있다. 본 총설에서는 탄화수소계 고분자 기반 PEM 중 1) 친수성/소수성 영역의 뚜렷한 나노 상분 리 구조를 나타내는 가지형 공중합체를 합성하여 수소이온 전도성과 메탄올의 선택도를 향상시킨 연구, 2) 제막 단계에서 가 교 구조를 도입하여 메탄올 투과율을 감소시키고 치수 안정성을 향상시킨 연구, 3) 유/무기계 첨가제 및 다공성 지지체를 도 입하여 성능을 개선한 복합 막 개발 연구에 대해 소개하고자 한다.

Evaporative emission generated through the fuel supply system of a gasoline automobile is prevented into the atmosphere through an activated carbon canister system. In this study, the oxygen functional group of activated carbon was controlled using a simple gas phase treatment to improve evaporative emission reduction performance, and the adsorption/desorption performance of evaporative emissions was evaluated according to microwave heating conditions. Microwave heating was used to remove the oxygen functional group of the activated carbon efficiently. Microwave heating was found to remove oxygen functional groups in a short treatment time (1–7 min). Fourier-transform infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and scanning electron microscope–energy-dispersive X-ray spectroscopy were employed to investigate modifying the oxygen functional group of the activated carbon. Using N2/ 77K adsorption/desorption isotherm, the textural properties of the activated carbon according to microwave heating conditions were examined. The Brunauer–Emmett–Teller (BET) equation was used to calculate the specific surface area of the activated carbon, and the Dubinin–Radushkevich (DR) equation was used to calculate the micropore volume of activated carbon. Microwave heating effectively increased the butane working capacity, which is the neat adsorption capacity of activated carbon, from 7.12 g/100 ml to a maximum of 8.04 g/100 ml.

본 연구에서는 실리카 복합막 기반 고분자 전해질막을 5단 연료전지 스택에 적용하여 성능 평가를 수행하였다. 이를 통하여, 개별 구성 요소의 성능도 중요하지만, 전체적인 관점에서 공급되는 연료의 유량이 스택 성능에 중요한 역할을 하며, 특히 수소의 유량에 크게 의존한다는 사실이 확인하였다. 산소의 유량을 증가시켜도 성능의 변화는 미미한 반면, 수소 의 유량을 증가시키면 성능이 향상되는 것을 확인하였다. 그러나 수소의 유량 증가는 수소와 산소 유량 비율의 불균형을 초 래하여 장기적으로는 스택 성능과 내구성을 저하시키는 문제가 관찰되었다. 이러한 현상을 스택 구성 요소 및 개별 단위 셀 에서도 관찰할 수 있었으며, 따라서 스택 운전 시 각 구성 요소의 성능을 최적화하는 것 외에도 균일한 유량 제어를 위해 유 로 설계 및 운전 조건을 최적화하는 것이 중요하다는 것을 알 수 있었다. 마지막으로 실리카 복합막은 최대 출력 기준 25 W 이상의 성능을 나타내어 실제 연료전지 시스템에 적용하기에 충분한 성능을 갖춘 것으로 판단된다.

고분자 전해질 막 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)의 핵심 구성요소 중 하나인 고분자 전해질 막(polymer electrolyte membrane, PEM)은 수소이온을 애노드(anode)에서 캐소드(cathode)로 이동시키는 전해질의 역 할 및 연료의 투과를 막는 분리막으로서의 역할을 수행하며 PEMFC의 성능 및 효율을 결정짓는 핵심 소재이다. 현재 나피온 (Nafion®)으로 대표되는 과불소화계 전해질 막이 높은 수소이온 전도도 및 화학적 안정성으로 인해 상용화 되었지만, 높은 생 산비용과 구동 시 환경오염 물질이 배출된다는 문제점을 갖고 있다. 이를 대체할 PEM 소재로써 고분자의 구조 조절 및 개질 과정이 용이한 다양한 종류의 탄화수소계 고분자가 제시되고 있지만, 실제 PEMFC에 적용되기 위해서는 성능 및 내구 특성 을 개선해야 하는 과제가 남아있다. 이에 본 총설은 탄화수소계 PEM의 성능 및 내구 특성을 향상시키기 위해 1) 가교 구조 를 도입한 가교 막 개발, 2) 무기 첨가제 도입을 통한 유⋅무기 복합 막 개발 및 3) 다공성 지지체를 활용한 강화 복합 막을 개발하는 연구에 대해 살펴보고자 한다.

해수에 유출된 유류는 대기와 해수와의 접촉을 통해 다양한 풍화 과정(증발, 확산, 분산, 유화, 용해, 산화, 침전 및 생물분 해 등)을 통해 물리·화학적 변화와 함께 생물학적 분해과정을 겪는다. 본 연구에서는 여러 가지 풍화작용 중 가장 즉각적이고 빠르며 오염물질의 질량에 가장 큰 영향을 미치는 인자라고 알려진 증발(evaporation)에 대한 영향을 확인해보고자 하였다. 휘발유, 등유, 경유 를 대상으로 25 ℃(해수 연평균 온도)와 35℃(적도 부근 온도) 조건에서 유류의 휘발특성을 비교하였다. 이를 위해, 일정 기간마다 채취 한 유류를 전처리하여 GC/MS 분석을 수행하고, 탄화수소의 변화량을 계산하여 비교하였다.

고분자 전해질 막 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)는 환경오염물질 배출이 없는 친환경 에너지 변환 장치로 주목을 받고 있다. PEMFC의 구성요소 중 고분자 전해질 막(polymer electrolyte membrane, PEM)은 음 극에서 발생되는 수소이온을 양극으로 전달하는 역할과 동시에 분리막으로써 연료의 투과를 차단하는 역할을 수행하는 핵심 소재이다. 대표적으로 NafionⓇ과 같은 과불소화계 고분자 전해질 막이 상용화 되어있지만 높은 단가 및 분해 시 환경오염물 질이 배출되는 단점이 존재하여, 이를 대체할 탄화수소계 고분자를 활용한 전해질 막 개발에 관한 연구들이 수행되고 있다. 높은 수소이온 전도도를 가지며 동시에 우수한 물리⋅화학적 안정성을 갖는 탄화수소계 고분자 기반 전해질 막을 개발하기 위해 가교 구조가 도입된 전해질 막을 개발하는 연구들이 보고되고 있다. 본 총설은 가교 전해질 막을 제조하기 위해 이온교 환 작용기가 도입된 탄화수소계 고분자를 활용하여 다양한 종류의 가교 전해질 막을 제조하는 방법에 대해 논하였다.

바이오항공유 제조 공정 내 수첨업그레이딩 공정의 운전조건 선정은 반응물로부터 얻고자 하는 주생성물인 탄화수소 화합물에 대하여 바이오항공유로서 원하는 탄소수 분포의 물성을 갖도록 하기 위한 중요한 인자이다. 본 연구에서는 식물성 오일 유래 노말 파라핀계 탄화수소 화합물에 대한 수첨 업그레이딩 반응이 0.5 wt.% Pt/Zeolite 촉매 하에서 수행되었으며, 이를 통해 크래킹 반응과 이성질화 반응이 동반됨으로써 바이오항공유로서 물성을 갖는 탄소수 분포인 C8-C16에 해당하는 노말 파라핀계와 이소 파라핀계가 혼합된 탄화수소류 화합물이 제조되었다. 반응온도, 반응압력, 반응물 몰비와 공간속도를 변화하여 얻어진 생성물의 수율 및 조성을 분석하였다. 상기 공정 조건에 대한 정보는 수첨 업그레이딩 반응특성의 이해뿐 아니라 향후 증류를 통한 바이오항공유 제조에 도움을 줄 수 있다.

Development of forward osmosis (FO) membranes with high salt selectivity is a essential issue to realize the FO technology. To improve salt selectivity of the FO membrane, a polyamide thin film composite FO membrane was fabricated by the interfacial polymerization method using aromatic hydrocarbon organic solvents on polyacrylonitrile (PAN) supports. The aromatic hydrocarbon organic solvent accelerated amine diffusion rate toward the organic phase and the subsequent reaction, which can improve membrane performance by fabricating a thin and highly dense basal PA layer. As a result, the prepared FO membrane showed ~1.7 times higher flux and ~4.5 times higher salt selectivity compared to HTI-CTA commercial membrane with 1.0 M NaCl draw solution and DI water feed solution in FO mode.

We report on the fabrication of a high performance reverse osmosis membrane based on a hydrophilic polyacrylonitrile support via an aromatic solvent-assisted interfacial polymerization process. The use of aromatic solvent (toluene or xylene) produced the membranes with unprecedentedly high NaCl rejection (~99.9%) and superior water flux, outperforming both the control membrane prepared using a conventional aliphatic solvent (n-hexane) and commercial membranes. The membranes fabricated using toluene or xylene had roof-like structures covering a thin and highly dense polyamide (PA) layer, which was induced by enhanced amine diffusion and the extended miscible layer resulting from the increased miscibility of aromatic solvent with water. The high performance of the membranes is attributed to thin and highly cross-linked basal PA layer.

가솔린, 플라스틱, 섬유 등 수많은 일상 소재들의 원재료를 저에너지 및 저탄소 공정으로 생산하는 것은 석유화학 회사들의 초미의 관심사라고 할 수 있다. 특히 우리나라는 원유를 해외에서 수입하고 이를 분리 및 정제 하여 다양한 고부가 가치를 창출하는데 여러 집약된 기술에 의존하고 있다. 이와 같은 석유화학 원재료들이 복합적으로 섞여있는 혼합물로부터 비슷한 종류의 성분을 분리하는 공정에 전 세계적으로 막대한 양의 열에너지가 소비 된다. 본 발표에서는 석유화학 에너지 비용을 낮출 수 있는 멤브레인 기반 상온 액상 탄화수소 역삼투 분리 공정에 대해 소개하고자 한다. 특히 탄소 분자체 기반 분리막의 제조와 이의 응용에 대한 내용을 다루고자 한다.

Recently, the most commonly used membrane in vanadium redox flow battery (VRFB) is hydrocarbon-based cation exchange membrane. However, hydrophilic blocks or hydrophilic moieties have been considered as the main reason on degradation of hydrocarbon-based ionomers, while the significance of hydrophobic moiety has been neglected in ionomers. Herein, the poly(p-phenylene)s-based cation conducting polymeric membrane materials with different hydrophobic block structures were successfully synthesized by Ni(0)-catalyzed coupling polymerization for investigating the effect of the hydrophobic block structure on durability of membrane in VRFB.

고기능성 소재를 기반으로 한 뛰어난 성능의 분리막이 적은 비용으로 대량 생산 가능한 모듈로 통합 된다면 뛰어난 에너지 효율성을 가진 분리공정을 제시할 수 있다. 본 연구에서는 금속-유기 구조체 중에서도 제올라이트형 이미다 졸레이트 구조체 막을 이용한 가스상 탄화수소 분리를 제안하고자 한다. 제올라 이트형 이미다졸레이트 구조체는 유연한 성질의 나노 사이즈의 동공을 이용한 고성능의 분자체로 최근 들어 각광 받고 있다. 특히 계면 미세유체 막 공정을 통해서 이와 같은 고기능성 소재도 스케일 가능한 막분리 플랫폼으로 통합될 수 있는 가능성이 밝혀졌다. 본 연구에서는 이와 같은 미세동공 구조체 중공사 막을 이용한 부탄 이성질체 분리 및 에탄올, 프루푸랄 (furfural) 탈수 공정에 관한 내용을 소개하고자 한다.

컴퓨터 시스템의 발전과 더불어 과학적 이론의 수식화와 체계화를 통해 고분자 소재의 물성을 예측할 수 있는 다양한 종류의 시스템이 개발되어 왔으며 실제 분자동력학 시뮬레이션을 이용한 고분자 소재의 물성예측은 다양한 분야에 적용되어 왔다. 본 연구에서는 탄화수소계 고분자인 술폰화폴리아릴렌이서술폰 계　고분자와 상용화된 폴리이서술폰, 폴리비닐리덴플로라이드 고분자 소재를 이용한 블렌드 막을 제조하였으며, 제조된 분리막의 함량변화에 따른 이온과 메 탄올 투과물성 변화 예측에 대한 연구를 진행하였으며, 실제 실험결과와 비교분 석을 진행하였다.

연료로부터 벤젠 또는 톨루엔과 같은 유독한 방향족 성분의 제거 및 분리는 최대 허용 농도의 감소로 인해 점점 더 많이 주목 받고 있다. 그 중에서도 가솔 린의 벤젠 함량은 지금 법률상으로 유럽에서 1% 이하로 제한되고 있다. 이러한 분리공정에 있어서 에너지의 소모를 줄이고 분리효율을 높일 수 있는 투과증발 공정이 각광을 받고 있다. 본 연구에서는 벤젠에 대한 고선택성을 나타내는 sulfonated SEBS 공중합체를 합성하였고, 1H-NMR과 FT-IR 분석을 통해 술폰화 가 되었음을 확인하였다. 혼합물 분리를 위한 투과증발 실험 장치를 제작하여 sulfonated SEBS막을 제조하여 벤젠 조성 변화에 따른 투과증발 실험을 실시하 였으며, 그에 따른 투과유량 및 투과도를 계산하여 투과특성을 확인하였다.

분리막을 이용한 투과증발법은 에너지 소모가 적고 경제적이며 환경친화적이기 때문에 분자스케일 액체/액체 분리에 있어서 매우 주목 받고 있는 기술이다. 방향족 화합물과 지방족 화합물을 분리하는 공정은 석유정제, 석유화학공정 등 에서 특히 중요한 분리공정 중의 하나이다. 본 연구에서는 벤젠에 대한 고선택 성을 나타내는 PEG가 함유된 폴리이미드 공중합체를 합성하였고, 1H-NMR 스 펙트럼과 FT-IR 스펙트럼에서 PEG 특성 피크의 확인을 통하여 PEG가 도입되었 음을 확인 하였다. 혼합물 분리를 위한 투과증발 실험 장치를 제작하여 PEG 함량이 다른 막을 제조하여 벤젠 조성 변화에 따른 투과증발 실험을 실시하였으며, 그에 따른 투과유량 및 투과도를 계산하여 투과특성을 확인하였다.

Honey bee swarming is a natural phenomenon that occurs when the colony encounters changes in the in-hive (i.e. population size and queen condition) and environmental conditions. To better understand the molecular basis of swarming, we conducted the transcriptomic profiles of worker bees between before swarming [pre-swarming colony (PSC)] and after swarming [swarming group (SG) and remaining group (RG)]. Based on the gene set enrichment analysis (GSEA), we predicted the biological processes associated with swarming. In addition, we analyzed the composition of cuticular hydrocarbons (CHCs) by gas chromatography-mass spectrometry and compared their profiles between different bee groups. GSEA results showed that there were a little differences between PSC and RG while many of the pathways related with metabolism and protein processing were down regulated in SG relative to PSC and RG. CHCs profiling revealed a similar CHCs composition between PSC and RG but some differences in CHCs composition (i.e. heneicosane, octacosane, octacosanol) were detected between SG and RG. These differences in gene pathway and CHC composition were discussed with respect to physiological changes and social communication.