This paper reports slug bubble dynamics on modified surface with two-dimensional graphene film in downward-facing nucleate boiling. Behaviors of slug bubbles were observed with high speed camera, and post-processing was followed to measure departing speed, frequency, and diameter of slug bubbles, which were important to analyze boiling performance change. The graphene-modified surface showed enhanced boiling heat transfer coefficient (BHTC) and critical heat flux (CHF). The effect of surface modification on slug bubble dynamics was quantitatively analyzed; bigger slugs departed from the modified surface with faster speed but same frequency, compared with the bare. It seems that the BHTC enhancement is caused by increase of bubble diameter, resulting in increase of its departing speed. The higher speed of departing bubble could extend the hydrodynamic limit of vapor removal from downward-facing surface, so that CHF performance could be enhanced.

Increasing demand for fossil fuels is associated with massive atmospheric CO2 levels. Considering that numerous studies have been published with CO2 capturing techniques, utilizing techniques are yet in early stage with financial or technical issues. As a part of chemical conversion in CO2 utilization, this paper investigated the performance of a CO2 and H2O mixture (CHM) onto activated carbon fibers (ACF) for surface modification. CHM-treated ACF samples were prepared at a pressure of 20 bar with 100 °C of water vapor and 750 μL of CO2 for 1 h through the gas-phase, and labeled as C-ACF850. For the control sample, N-ACF850 was also prepared by the impregnation of nitric acid. Physiochemical analyses revealed that the overall characteristics of C-ACF850 lay between ACF850 and N-ACF850. C-ACF850 experienced minimized surface area decrement (21.92% better than N-ACF850), but increased surface functional groups (50.47% better than ACF850). C-ACF850 also showed preferable adsorption efficiency on selected metals, in which case both physical and chemical properties of adsorbent affect the overall adsorption efficiency. In this regard, a novel applicability of CHM may present an appealing alternative to traditionally used strong acids.

리튬금속전지(LMB)는 매우 큰 이론 용량을 갖지만 단락(short circuit), 수명 감소 등을 야기하는 덴드라이트(dendrite) 가 형성되는 큰 문제점을 갖고 있다. 본 연구에서는 poly(dimethylsiloxane) (PDMS)에 graphene oxide (GO) nanosheet를 고르게 분산시킨 PDMS/GO 복합체를 합성하였고 이를 박막 형태로 코팅하여 덴드라이트의 형성을 물리적으로 억제할 수 있는 막의 효과를 이끌어내었다. PDMS의 경우, 그 자체로는 이온 전도체가 아니기 때문에 리튬 이온의 통로를 형성시켜 리튬 이온의 이동을 원활하게 하기 위하여 5wt% 불산(HF)으로 에칭하여 PDMS/GO 박막이 이온전도성을 가질 수 있도록 하였다. 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM)을 통해 전면 및 단면을 관찰하여 PDMS/GO 박막의 형상을 확인하였다. 그리고 PDMS/GO 박막을 리튬금속전지에 적용하여 실시한 배터리 테스트 결과, 100번째 사이클까지 쿨롱 효율(columbic efficiency) 이 평균 87.4%로 유지되었고, 박막이 코팅되지 않은 구리 전극보다 과전압이 감소되었음을 전압 구배(voltage profile) 를 통해 확인하였다.

본 연구에서는 염색⋅염료 산업의 폐수 처리 및 재활용 공정에 분리막을 적용하고자 실란 커플링제를 이용하여 상용화된 나노복합막을 표면 개질하였다. 실란 커플링제는 말단 관능기가 다른 octyltrimethoxysilane (OcTMS)와 (3-aminopropyl) trimethoxysilane (APTMS)을 사용하였으며, 표면 개질을 통해 염료 분리 및 내오염성을 향상시키고자 하였다. XPS, FE-SEM, EDX 분석을 통하여 막 표면의 화학 구조 변화 및 실란 적층을 확인하였고, AFM 분석을 통해 개질막의 표면 모폴로지를 확인하였다. Zeta potential을 통해 실란 개질 막이 상용막 대비 표면 전하가 중성으로 변하는 것을 확인하였다. 그 결과, OcTMS와 APTMS로 개질한 막의 내오염성은 NE70에 비해 약 2배 이상 향상되었다. 또한, 실란으로 표면 개질한 나노복합막은 음이온 염료(Orange II) 용액에서 약 90% 이상, 양이온 염료(Safranin-O) 용액에서 약 98% 이상의 염료 제거율을 나타내어 양이온 염료 용액 처리에 적합한 것을 확인하였다.

염색공정으로부터 배출되는 염료⋅염색 폐수를 효과적으로 제거하고 재활용하기 위해 막분리법을 적용하고자 하였고, 본 연구에서는 상용화된 나노복합막 표면을 실란 커플링제로 개질하여 분리막 성능을 향상시키고자 하였다. NaCl, MgSO4를 사용하여 개질한 막의 성능 평가를 진행하였고, 그 결과 상용막에 비해 투과도와 제거율이 향상되었음을 확인할 수 있었다. 또한 염색, 염료 폐수의 분리 특성을 확인하고자 인공염색 폐수를 적용하였고, UV 흡광도 측정을 통해 99% 이상의 제거 성능을 확인할 수 있었다. 제조된 분리막의 표면 특성은 AFM, XPS, FE-SEM, FT-IR, Contact angle 등을 이용하여 분석하였다.

계면동전위 특성평가는 분리막의 막오염 개선연구와 분리막의 표면전하 분석을 통한 고분자의 개질 확인 및 치환기 확인에 대한 연구로 활발히 진행되고 있다. 제타전위 (zeta potential)란 전기역학적 현상으로 발생하는 전위차를 정량화 한 값을 측정하는 것을 말한다. 이러한 제타전위를 측정하기 위해서는 전기영동 (electrophoresis), 전기삼투 (eletrosmosis), 유동전위 (streaming potential)를 측정하는 예가 있다. 그 중 평막은 유동전위 측정을 하는 것에 있어 가장 높은 재현성을 보인다. 따라서, 본 연구에서는 SEBS (polystyrene-ethylenebutylene-styrene) 고분자 개질을 통해 아민화된 SEBS 평막형 분리막을 제막하고, 제막한 아민화된 SEBS 고분자 분리막의 계면동전위 측정을 통해 계면 유동전위를 측정하여 결과를 분석하였다.

A citric acid functionalized graphene oxide nanocomposite was successfully synthesized and the structure and morphology of the nanocatalyst were comprehensively characterized by Fourier transform infrared spectroscopy, energy-dispersive X-ray analysis, X-ray diffraction patterns, atomic force microscopy images, scanning electron microscopy images, transmission electron microscopy images, and thermogravimetric analysis. The application of this nanocatalyst was exemplified in an important condensation reaction to give imidazole derivatives in high yields and short reaction times at room temperature. The catalyst shows high catalytic activity and could be reused after simple work up and easy purification for at least six cycles without significant loss of activity, which indicates efficient immobilizing of citrate groups on the surface of graphene oxide sheets.

해수담수화의 성장과 함께 붕소 제거를 위해서 많은 연구가 진행되고 있다. 흡착제, 이온교환수지 등 많은 방법으로 붕소가 제거되고 있는데, 그 중에서 분리막을 이용하여 제거하는 기술은 높은 선택성과 효율로 인해 빠른 성장을 보이고 있는 기술 중에 하나이다. 붕소 제거는 여러 분리막 중에서 역삼투막이 많이 사용되는데, m-phenylenediamine (MPD)와 trimesoyl chloride (TMC)를 이용한 역삼투막 제조가 현재 가장 많이 사용되는 기술이다. MPD와 TMC를 이용하여 Polysulfone 지지체 위에 polyamide 활성층을 제조하는데, 이를 통해 높은 수투과량과 염제거율을 얻을 수 있다. 본 연구에서는 polyamide 활성층에 표면개질을 이용하여 염제거율 및 보론 제거율을 증가시킬 것이다.

해수담수화의 빠른 증가와 함께 붕소 제거에 대한 중요성이 상승하고 있다. 본 연구는 표면개질 시 친수성 화합물을 이용하여 수투과량을 최대한 막고 붕소 제거율을 높이기 위한 연구를 진행하였다. 첫째로, Control polyamide 역삼투막을 얻기 위해 M-phenylenediamine (MPD)와 trimesoyl chloride (TMC)를 Polysulfone 한외여과막에 계면중합을 시켜 polyamide 활성층을 제조하였다. 다음으로, Control polyamide 역삼투막에 표면개질을 진행시켜 D-gluconic acid (DGCA)와 D-gluconic acid sodium salt (DGCA-Na)를 glutaraldehyde (GA)와 hydrochloric acid (HCl)을 이용하여 합성시켰다. 합성된 역삼투막의 표면 분석을 위해 XPS 분석을 진행하였으며, DGCA 및 DGCA-Na 화합물과의 반응이 되었음을 확인하였다. 또한, morphology 측정을 위해 FE-SEM과 AFM 분석을 진행하였으며, polyamide 활성층 형성 및 표면 거칠기를 확인할 수 있었다. 수투과량의 경우, 표면개질을 진행한 역삼투막은 10 GFD 수준이거나 그 이하의 값을 가졌다. 하지만, DGCA 및 DGCA-Na 화합물과 표면개질을 진행한 역삼투막의 붕소 제거율은 94.38, 94.64%로, Control polyamide 역삼투막보다 각각 12.03, 12.29 %p만큼 큰 값을 가지는 것을 확인할 수 있었다.

고분자 재질의 압력 구동 기반 분리막을 이용하여 담수를 얻기 위한 공정은 에너지 효율이 높은 방법으로 알려져 있다. 하지만, 분리막 운전 중에 투과성능을 떨어트리는 막 오염 문제가 발생 하기에, 막 오염을 제어하는 것은 분리막 공정의 에너지 효율을 높이는 데 필수적이다. 막 오염은 일반적으로 분리막 표면과 막 오염 물질과의 상호 작용으로 발생하며, 분 리막 표면을 개질하는 방법은 막 오염을 방지하여 높은 투과 특성을 지속적으로 유지하게 할 수 있는 좋은 방법 중 하나이다. 본 논문에서는 압력 구동 기반 분리막인 미세여과, 한외여과, 나노여과 및 역삼투용 분리막의 표면을 개질할 수 있는 방법을 정리하였다. 구체적인 개질 방법으로는 개질 물질의 흡착 및 코팅 방법인 물리적 방법과 가교제 이용, 자유 라디칼 중합 (FRP), 원자 이동 라디칼 중합(ATRP), 플라즈마 및 자외선 조사 기반 중합인 화학적 방법으로 나누어 정리하였다. 본 총설에서는 최근 논문상에 보고되고 있는 물리화학적 표면 개질 방법을 소개하고, 막 오염 저항성을 높일 수 있는 분리막 제조를 위한 연구방향을 제시하고자 한다.

Amine functionalized polysulfone (PSf) based ultrafiltration (UF) membranes were prepared by non-solvent induction phase separation method (NIPS) with reactive PSf (matrix) and polyehtyleneimine (PEI) (additive), where PEI was reacted in dope solution to give surface modified PSf-UF membrane. Unreacted PEI might be worked as a forming agent during NIPS, however it was not much affected to the pore structures. Obtained membranes showed enhanced hydrophilic property on the membrane, which increased the water flux without loss of the rejection rate of PEO (100 K).

본 연구에서는 PVDF 분리막의 표면의 소수성을 향상시키기 위해 소수성 SiO2 나노 입자를 표면에 고정시키고, 표면에서 나노 입자가 막증류법에 미치는 영향을 확인하고자 한다. 소수성 나노 입자를 부착하는 물리적인 방법으로서 dip-coating 방법을 이용하였다. 나아가 물리적인 방법이 가지는 문제점인 약한 부착력을 해결하기 위해, 표면에 화학적으로 고정시키기 위한 방법으로 PVDF 표면에 OH기를 생성시켜 SiO2 입자의 OH기와의 탈수 반응을 이용하여 고정시켜준다. 이후 SiO2의 소수성 개질을 통해 막 표면의 소수성을 높여 주어 실험을 진행하였다. 앞선 두 가지 부착 방법을 통해 소수성 나노 입자가 PVDF 표면에 부착함에 따른 영향과 부착 방법에 따른 영향을 확인하였다.

Multiwall carbon nanotubes (MWCNT) with two different (L/D) aspect ratios (7±2 μm/140±30 nm and 0.5–2 μm/8–15 nm) were surface treated using nitric acid (HNO3) and polyethyleneimine (PEI) prior to their deposition on carbon fibers (CF). Before the hierarchical reinforcement with CF-MWCNT, the CFs were treated with 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, a coupling agent (Z6040) and with poly(amidoamine) (PAMAM) a dendrimer containing an ethylenediamine core and amine surface groups. The MWCNT were deposited on the CF using two methods, by electrostatic attraction and by chemical reactions. The changes in the CF surface morphology after the MWCNT deposition were analyzed using SEM, which revealed a higher density and uniform coverage for the PAMAM-treated CF and the short MWCNTs. The interfacial adhesion of the composite materials was evaluated using the single fiber fragmentation technique. The results indicated an improvement in the interfacial shear strength with the addition of the short-MWCNTs treated with acid solutions and grafted onto the surface of the CF fiber using electrostatic attraction.

백색을 띄고 물리적·화학적으로 안정한 지르코니아는 열전도도가 낮고 강도와 인성, 내식성이 우수하여 단열재, 내화물과 같은 고온 재료와 각종 산업용 구조세라믹스에 사용되고 있다. 이러한 지르 코니아를 낮은 경도 및 굴절률 등과 같은 단점을 가진 고분자 코팅제에 도입하게 되면 화학적, 전기적, 광학적인 특성이 향상된다. 이와 같이 유기 소재에 무기 소재를 혼합하여 사용하는 유-무기 하이브리드 코팅을 목적으로 본 연구에서는 지르코니아 표면에 trimethylchlorosilane(TMCS)과 hexamethyldisilazane(HMDZ)을 사용하여 실릴화반응을 통한 -CH3기를 도입하여 소수성을 나노지르코 니아 표면에 도입하였다. 소수화된 지르코니아 표면에서의 TMCS와 HMDZ에 의해 도입된 Si-CH3의 존재는 FT-IR ATR spectroscopy를 통해 확인하였고, silicon 원소의 존재를 FE-SEM/EDS와 ICP-AES 를 통해 확인하였다. 또한, 개질 전후의 지르코니아를 아크릴레이트 단량체에 분산하여 침강속도를 확인 하여 분산성이 향상되는 것을 확인하였다. 지르코니아 입자의 크기 및 분포는 입도 분석기를 통해 확인 하였으며, BET 분석을 통해 개질 반응 전후의 비표면적은 18 m2/g 정도로 큰 변화가 없었다.

본 연구에서는 친수성을 가지고 있으며 외부 온도에 따라 형태를 변하는 특성을 가지는 N-isopropylacrylamide (NIPAM)를 이용하여 상용화 된 정삼투막인 HTI 분리막에 표면 개질을 하고 그에따른 표면 및 투과 특성 변화를 고찰 하고자 한다. 표면 개질을 확인 하는 방법으로 푸리에 변환 적외선 분광기 (FT-IR) 및 광전자분광기 (XPS)를 이용하였으며, 이러한 표면 개질이 정삼투 공정에 미치는 영향을 알아보기 위하여 표면의 친수성을 측정 할 수 있는 접촉각 측정 및 수투과도/Reverse salt flux와 같은 투과 특성 평가를 이용 하였다. 위와 같은 표면 및 투과 특성 평가를 바탕으로 성공적으로 표면 개질을 되었음을 증명 할 수 있었다.