Bis (2-ethylhexyl)phosphoric acid (HDEHP) is a renowned extractant, favored for its affinity to selectively remove uranium via its P=O groups. We previously synthesized HDEHP-functionalized mesoporous silica microspheres for solid-phase uranium adsorption. Herein, we investigated the kinetic and isothermal behavior of uranyl ion adsorption in mesoporous silica microspheres functionalized with phosphate groups. Adsorption experiments were conducted by equilibrating 20 mg of silica samples with 50 mL of uranium solutions, with concentrations ranging from 10 to 100 mgU L−1 for isotherms and 100 mgU L−1 for kinetics. Three distinct samples were prepared with varying HDEHP to TEOS molar ratios (x = 0.16 and 0.24) and underwent hydrothermal treatment at different temperatures, resulting in distinct textural properties. Contact times spanned from 1 to 120 hours. For x = 0.16 samples, it took around 50 and 11 hours to reach equilibrium for the hydrothermally treated samples at 343 K and 373 K, respectively. Adsorbed quantities were similar (99 and 101 mg g-1, respectively), indicating consistent functional group content. This suggests that the key factor influencing uranium adsorption kinetics is pore size of the silica. The sample treated at 373 K, with a larger pore size (22.7 nm) compared to 343 K (11.5 nm), experienced less steric hindrance, allowing uranium species to diffuse more easily through the mesopores. The data confirmed the excellent fit of pseudo-second-order kinetic model (R2 > 0.999) and closely matched the experimental value, suggesting that chemisorption governs the rate-controlling step. To gain further insights into uranium adsorption behavior, we conducted an adsorption isotherm analysis at various initial concentrations under a constant pH of 4. Both the Langmuir and Freundlich isotherm models were applied, with the Langmuir model providing a superior fit. The relatively high R2 value indicated its effectiveness in describing the adsorption process, suggesting homogenous sorbate adsorption on an energetically uniform adsorbent surface via a monolayer adsorption and constant adsorption site density, without any interaction between adsorbates on adjacent sites. Remarkably, differences in surface area did not significantly impact uranium removal efficiency. This observation strongly suggests that the adsorption capacity is primarily governed by the loading amount of HDEHP and the inner-sphere complexation with the phosphoryl group (O=P). Our silica composite exhibited an impressive adsorption capacity of 133 mg g-1, surpassing the results reported in the majority of other silica literature.

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.

기존의 바나듐 레독스 흐름전지(vanadium redox flow battery, VRFB)에서 사용하고 있는 과불소계이오노머인 나피 온(Nafion)은 전해질에 존재하는 바나듐 이온의 투과도가 높아, 바나듐 이온이 분리막을 투과하여 반대쪽 전해질로 교차 이동 하는 문제를 갖고 있다. VRFB에서 바나듐 이온의 투과는 서로 다른 산화수를 갖는 바나듐 이온이 부반응을 일으켜 충전, 방전 용량의 감소를 야기하고, 장기적인 성능 감소를 일으키는 원인이 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 SiO2에 3-aminopropyl group이 도입된 나노입자(fS)를 Nafion에 분산시켜 바나듐 이온의 투과를 감소시키고, VRFB의 장기적인 성능 의 향상을 도모하고자 하였다. SiO2에 붙어 있는 아민기(-NH2)가 Nafion의 술폰산 음이온(SO3 -)과 이온결합을 형성함과 동시 에, 암모늄 양이온(-NH3 +)의 양전하가 바나듐 이온에 대해 Gibbs-Donnan 효과를 나타내어 낼 것이라고 기대하였다. fS를 섞은 Nafion 용액의 pH와 Nafion-fS 막의 IEC 측정을 통해 암모늄 양이온과 술폰산 음이온의 이온결합이 존재하는 것을 확인하였고, fS의 양이 많아질수록 바나듐 이온의 투과도가 감소하는 것을 확인하였다. VRFB 단위 전지에 제조한 복합막을 도입하였을 때, 150 mA/cm2의 전류밀도에서 충방전 사이클을 200회 반복 진행하여도 방전용량을 최대 80%까지 유지할 수 있었다.

As automation systems become more common, there is growing interest in functional labeling systems using organic and inorganic hybrid materials. Especially, the demand for thermally and chemically stable labeling paper that can be used in a high temperature environment above 300 oC and a strong acid and base atmosphere is increasing. In this study, a composite coating solution for the development of labeling paper with excellent thermal and chemical stability is prepared by mixing a silica inorganic binder and titanium dioxide. The silica inorganic binder is synthesized using a sol-gel process and mixed with titanium dioxide to improve whiteness at high-temperature. Adhesion between the polyimide substrate and the coating layer is secured and the surface properties of the coating layer, including the thermal and chemical stability, are investigated in detail. The effects of the coating solution dispersion on the surface properties of the coating layer are also analyzed. Finally, it is confirmed that the developed functional labeling paper showed excellent printability.

Three-dimensional(3D) printing is a process for producing complex-shaped 3D objects by repeatedly stacking thin layers according to digital information designed in 3D structures. 3D printing can be classified based on the method and material of additive manufacturing process. Among the various 3D printing methods, digital light processing is an additive manufacturing technique which can fabricate complex 3D structures with high accuracy. Recently, there have been many efforts to use ceramic material for an additive manufacturing process. Generally, ceramic material shows low processability due to its high hardness and strength. The introduction of additive manufacturing techniques into the fabrication of ceramics will improve the low processability and enable the fabrication of complex shapes and parts. In this study, we synthesize silica composite material that can be applied to digital light processing. The rheological and photopolymeric properties of the synthesized silica composite are investigated in detail. 3D objects are also successfully produced using the silica composite and digital light processing.

본 연구에서는 한외여과 polysulfone (PSf) 중공사막에 첨가제를 섞는 방법을 통해 친수성 증가에 따른 분리막 특성 및 성능을 향상하고자 하였다. 15 nm 크기의 fumed silica (FS)를 0.1, 0.3, 0.5 wt%로 방사 용액에 분산시켜 혼합 매트릭스 분리막을 제조하였다. 단면 및 표면상태를 확인하기 위해 SEM 분석을 진행하였으며, FS가 함유될수록 중공사막의 평균 기공 반경이 4 nm 이상 증가하는 것을 확인하였다. 또한, 분리막의 친수성 분석을 위해 접촉각 측정을 진행하였으며, FS 함유로 분리막의 친수성이 높아진 것을 확인하였다. 수투과도의 경우 FS가 섞인 분리막은 91~96 LMH 수준을 보였으며 PSf 분리막보다 5~11%의 증가율을 보였다. 내오염성 평가에서도 친수도가 상승한 FS 혼합 중공사막 표면에 소수성을 띄는 BSA가 흡착되지 못하여 상대 유량 감소율이 PSf 단일막 보다 낮아졌음을 확인하였다.

친수성을 띄는 silica 나노입자(7, 11, 15 nm)를 0.1, 0.2, 0.3 wt%의 비율로 고분자(Polysulfone)에 섞은 후, 상전이 공정에 의하여 중공사막을 제조하였다. 용매로는 N-Methyl-2-pyrrolidone (NMP)을 사용하였다. 또한 중공사막 제조 시내부 응고제는 NMP/증류수(1:1) 혼합용액을 사용하였으며 외부 응고제로는 증류수를 사용하였다. 본 연구는 Silica 나노입자의 크기 및 함량이 분리막 구조에 미치는 영향과 그에 따른 특성을 살펴보았다.

에폭시 수지는 기계적 물성, 내약품성, 치수 안정성 등이 우수하기 때문에 고기능 소재로서 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 에폭시 수지 제조공정에서 발생하는 부산물의 양도 증가하여 부산물 내의 원료 물질 회수에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구에서는 원료물질을 회수하는 증류/분리막 복합 공정에 적용할 수 있는 탈수용 복합막을 연구하였다. 실리카-지르코니아 졸에 α-알루미나를 분산시킨 코팅용액과 실리카 졸을 이용하여 Dip-coating법으로 실리카 복합막을 제조하였다. 에폭시 공정 부산물인 Epichlorohydrin/IPA/H2O을 이용하여 투과증발 실험한 결과 복합막은 총투과도 0.1∼0.7 kg/m²⋅h, 물의 선택도 50∼110를 나타내었다.

The present study is undertaken to evaluate the effect of volume fraction on the results of Charpy impact test for the rubber matrix filled with nano sized silica particles composites. The Charpy impact tests are conducted in the temperature range 0°C and –10°C. The range of volume fraction of silica particles tested are between 11% to 25%. The critical energy release rate GIC of the rubber matrix composites filled with nano sized silica particles is affected by silica volume fraction and it is shown that the value of GIC decreases as volume fraction increases. In regions close to the initial crack tip, fracture processes such as matrix deformation, silica particle debonding and delamination, and/or pull out between particles and matrix which is ascertained by SEM photographs of Charpy impact fracture surfaces.

PTMSP[Poly(1-trimethylsilyl-1-propyne)]에 TEOS (tetraethoxysilane), TMOS (tetramethoxysilane), MTMOS (methyltrimethoxysilane), 그리고 PTMOS (phenyltrimethoxysilane)의 함량을 0, 15, 20, 30 wt%로 달리하여 졸-겔법을 이용하 여 PTMSP-silica 복합막을 제조하였다. PTMSP-silica 복합막의 알콕시실란 함량에 따른 H2, N2의 기체투과도와 N2에 대한 H2의 이상 선택도를 조사하였다. H2와 N2의 투과도는 알콕시실란 함량이 0∼20 wt% 범위에서는 증가하다가 알콕시실란 함 량이 20∼30 wt% 범위에서는 감소하였다. N2에 대한 H2의 이상 선택도는 TEOS와 PTMOS의 함량이 0∼15 wt% 범위에서 는 감소하였으며, 15∼30 wt% 범위에서는 다시 증가하였다. Robeson upper bound와 비교할 때, PTMSP-silica 복합막은 TEOS 함량이 30 wt%, MTMOS 함량이 20 wt% 그리고 PTMOS 함량이 30 wt%에서 투과도와 이상 선택도가 동시에 향상된 것으로 나타났다.

The characteristics of abrasive wear of the rubber matrix composites filled with nano sized silica particles were investigated at ambient temperature by pin-on-disc friction test. The range of volume fraction of silica particles tested are between 11% to 25%. The cumulative wear volume and friction coefficient of these materials on particle volume fraction were determined experimentally. The major failure mechanisms were lapping layers, deformation of matrix, ploughing, deboding of particles and microcracking by scanning electric microscopy photograph of the tested surface. The cumulative wear volume showed a tendency to increase nonlinear with increase of sliding distance. As increasing the silica particles of these composites indicated higher friction coefficient.

2-dimensional silica-silica Continuous Fiber-reinforced Ceramic.matrix Composites (CFCCs) were fabricated by a sol-gel infilitration method that has a changing processing condition, such as the repetitions of infilitration. In order to investigate the relationship between the processing condition and the mechanical properties of composites, the mechanical properties of specimens were measured by means of a 4-point flexural strength test while the evidence of strength degradation were microstructurally characterized. There seemed to be a minimum density value that existed at which the delamination between the fabrics would not occur. In the case that the density of silica CFCCs exceeded 1.55 g/cm3, the flexural strength also exceeded approximately 18 MPa at least. By applying the Minimum Solid Area (MSA) analysis of the porous structure, the correlation between the relative density and the mechanical properties of composites will be discussed.

본 연구에서는 높은 투과도를 갖는 고분자량의 PTMSP를 합성하고 PTMSP와 hydroxy-terminated PDMS로부터 PTMSP-PDMS graft copolymer를 합성하였다. 그리고 PTMSP-PDMS graft copolymer에 TEOS의 함량을 15, 30, 50 wt%로 달리하여 졸-겔 방법에 의해 PTMSP-PDMS-silica 복합물을 제조하였다. PTMSP-PDMS-silica/PEI 복합막의 물리화학적 특성은 1H-NMR, FT-IR, TGA, XPS, GPC, SEM 등을 사용하여 조사하였고, H2, O2, N2, CO2, CH4, n-C4H10 기체에 대한 기체 투과도와 선택도 성질을 고찰하였다. 복합막의 투과도는 TEOS의 함량과 압력이 증가함에 따라 증가하였다. 그리고 기체들의 선택도는 TEOS 함량 30wt%에서 최대값을 나타내고 그 이상에서는 감소하는 경향을 나타내었다.

PTMSP-PEI 복합막과 PTMSP-Silica-PEI 복합막을 제조하고, 막의 특성을 FT-IR, GPC, SEM 등을 사용하여 조사하였다. PTMSP-Silica-PEI 복합막은 silica의 함량이 23∼60 wt%로 증가하면서 입자의 크기는 점차 작아지고 입자의 분포는 균일하게 되었다. PTMSP-PEI 복합막과 PTMSP-Silica-PEI 복합막에 의한 H2/N2 혼합기체분리는 25{℃, ΔP 5 psi∼30 psi 범위에서 조사되었다. PTMSP-PEI 복합막과 PTMSP-Silica-PEI 복합막들의 수소에 대한 분리인자(α, β, (equation omitted)) 값은 투과셀의 압력이 증가할수록 그리고 silica의 함량이 증가할수록 증가하였다. 25{℃, ΔP 30 psi에서 PTMSP-PEI 복합막의 수소에 대한 α, β, (equation omitted) 값은 2.28, 1.58, 1.44이고 silica 60 wt%인 PTMSP-Silica-PEI 복합막의 수소에 대한 α, β, (equation omitted) 값은 3.34, 1.95, 1.72 이었다.

고온에서 수소 분리 회수를 목적으로 silica/alumina 복합 막을 합성하였다. 막의 선택 투과 성능을 향상시키기 위해, sol-gel법에 의한 silica 및 alumina층을 중간층으로 도입하고, 그 위에 강제유동 CVD법에 의한 silica를 합성하였다. Sol-gel법에 의해 alpha-alumina tube에 합성한 gamma-alumina 및 silica 막은 Knudsen 확산 영역의 많은 mesopore를 포함하고 있어서 수소 선택 분리 막으로는 적합하지 못했다. 하지만, sol-gel법에 의해 합성한 silica/gamma-alumina층에 강제유동 CVD법으로 silica를 합성한 결과, 질소 투과 영역의 세공이 완전히 제거되어, 높은 수소 선택성을 가지는 복합 막이 형성되었다. 그 막은 온도에 따라 수소 투과 속도가 증가하여 450℃에서 5.57times10-8molm2sLPa1의 수소 투과 속도와, 9.52 kJ/mol의 활성화 에너지를 나타냈다. 분자체 효과에 의해 질소 투과가 완전히 배제되고, 수소만 선택적으로 투과되는 silica/alumina 복합막이 성공적으로 합성된다.