탄소나 TiO₂를 포함한 다양한 흡착제의 휘발성 유기물 흡착에 대한 연구

김영독,Kim, Young-Dok 한국진공학회 2012 Applied Science and Convergence Technology Vol.21 No.2

본 연구에서는 톨루엔 등의 휘발성 유기물의 흡착량을 정성, 정량적으로 연구할 수 있는 새로운 장비를 구축하였으며, 이를 이용하여 기존의 탄소를 기반으로 하는 다양한 흡착제와 원자층 증착으로 만든 $TiO_2$ 박막구조의 톨루엔 흡착에 대한 연구를 진행하였다. $TiO_2$ 박막구조의 흡착제가 기존의 탄소기반 흡착제보다 톨루엔 흡착량이 뛰어난 것을 입증하였으며, 이는 원자층증착으로 제조한 $TiO_2$ 박막 표면의 높은 농도의 OH 그룹의 높은 톨루엔 친화력과 연관성이 있는 것으로 나타났다. 또한 본장비를 이용하여 가역적인 흡착과 비가역적인 흡착을 구분할 수 있음을 보여주었다. New equipment for quantitative and qualitative adsorption of volatile organic compound was set up, and using this equipment, adsorption behaviors of various carbob-based nanomaterials and $TiO_2$ thin films prepared by atomic layer deposition were compared. We could conclud that $TiO_2$ thin films can show higher adsorption capacity of toluene comparing to the carbon-based nanostructures due to higher affinity of the surface OH groups of $TiO_2$ towards toluene adsorption. We also demonstrate that our method allows to discriminate reversible and irreversible adsorptions at a given temperature.

Visible light responsive rutile TiO₂ photocatalysts mixed with cement: Enhancement effect driven by TiO₂/cement interfaces

Young Dok Kim(김영독) 대한환경공학회 2022 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2022 No.11

초청 총설 : 원자층 증착을 이용한 친환경 소재의 제조

김영독 ( Young Dok Kim ) 한국공업화학회 2012 공업화학 Vol.23 No.1

본 총론에서는 원자층 증착을 이용한 친환경 소재의 개발에 대한 최근 연구 결과들을 간단하게 소개하려 한다. 원자층 증착의 장점은 박막의 두께를 미세하게 조절할 수 있다는 것과, 3차원적으로 복잡한 구조를 가지는 담체의 형상을 유지하면서 균일한 박막을 제조할 수 있다는 것이다. 이러한 원자층 증착의 장점은 친환경소재를 제조하는 데 중요한 역할을 할 수 있다. Anodic aluminum oxide (AAO)와 같은 다공성 membrane을 담체로 이용하여, 다공성 구조는 그대로 유지하면서 10나노미터 정도의 TiO2박막을 균일하게 증착할 경우 톨루엔 등의 휘발성 유기물 필터로 사용할 수 있는데, 이는 AAO의 특이한 기하학적 구조와 비정질 TiO2의 강한 휘발성 유기물 흡착력의 조합에 의한 결과이다. 톨루엔 분해용 광촉매 및 이산화탄소 개질 반응에 의한 수소 생산 촉매 반응에 있어서도 나노다이아몬드나 니켈 담체 위에 TiO2의 증착량을 미세하게 조절하여 TiO2가 표면을 완전히 덮지 않고 부분적으로만 덮고 있는 구조를 만들 경우 촉매의 효율 및 수명을 극대화할 수 있게 된다. 이러한 예들은 원자층 증착이 기존의 반도체산업뿐만 아니라 환경소재의 개발에도 중요한 도구가 될 수 있음을 의미한다. In this article, I will introduce recent developments of environmental-friendly materials fabricated using atomic layer deposition (ALD). Advantages of ALD include fine control of the thin film thickness and formation of a homogeneous thin fim on complex-structured three-dimensional substrates. Such advantages of ALD can be exploited for fabricating environmental- friendly materials. Porous membranes such as anodic aluminum oxide (AAO) can be used as a substrate for TiO2 coating with a thickness of about 10 nm, and the TiO2-coated AAO can be used as filter of volatile organic compound such as toluene. The unique structural property of AAO in combination with a high adsorption capacity of amorphous TiO2 can be exploited in this case. TiO2 can be also deposited on nanodiamonds and Ni powder, which can be used as photocatalyst for degradation of toluene, and CO2 reforming of methane catalyst, respectively. One can produce structures, in which the substrates are only partially covered by TiO2 domains, and these structures turns out to be catalytically more active than bare substrates, or complete core-shell structures. We show that the ALD can be widely used not only in the semiconductor industry, but also environmental science.

가시광 광촉매를 적용한 콘크리트 표면강화제 및 시멘트에 관한 연구

김숭연(Kim, Soong Yeon),차병준(Cha, Byeong Jun),김영독(Kim, Young Dok) 대한토목학회 2020 대한토목학회 학술대회 Vol.2020 No.10

광촉매 도료의 표면 분석을 통한 미세먼지 제거 기작 연구

김숭연(Kim, Soong Yeon),차병준(Cha, Byeong Jun),김영독(Kim, Young Dok) 대한토목학회 2019 대한토목학회 학술대회 Vol.2019 No.10

백색 안료용 이산화티타늄과 백색시멘트의 혼합물을 광촉매로 이용한 대기 중 질소산화물 저감에 대한 연구

김숭연,최희철,김영독,Kim, Soon Yeon,Choe, Huicheol,Kim, Young Dok 대한화학회 2021 대한화학회지 Vol.65 No.6

X-선 광전자분광법을 이용한 MgO/Mg 표면에 증착된 Pd의 분석

태위승,서현욱,김광대,김영독,Tai, Wei-Sheng,Seo, Hyun-Ook,Kim, Kwang-Dae,Kim, Young-Dok 한국진공학회 2009 Applied Science and Convergence Technology Vol.18 No.4

본 연구에서는 고진공 조건에서 열기화 증착 방법으로 산화막으로 덮인 Mg 리본(MgO/Mg) 위에 Pd을 증착하였다. 고진공 속에서 만든 시료의 전자구조를 in-situ X-선 광전자 분광법 (XPS)을 통하여 분석하였고, 분석 후, FE-SEM을 통해 증착량의 증가에 따른 표면구조의 변화를 확인하였다. Pd 증착량이 1 나노미터 (nm) 이하인 경우에는 증착량 증가에 따른 Pd 나노입자 크기의 증가를 확인하였으며, Pd을 1 nm 이상의 두께로 증착시킨 경우에는 Pd 입자들의 뭉침에 의해 얇은 필름이 형성됨을 관찰하였다. Pd과 기판사이의 전하이동에 의하여 산화물/금속 계면의 Pd 원자들은 부분적으로 양전하를 띔을 확인하였다. Pd was deposited on magnesium-oxide-covered magnesium ribon substrate by metal thermal evaporation method in high vacuum. The electronic and chemical properties of Pd samples with different coverages were studied using in-situ X-ray Photoelctron Spectroscopy (XPS) and Field Emission Scanning Electron Microscopy (SEM). For relatively lower amounts of Pd deposited(< 1nm), separate Pd particles could be observed, whereas at higher Pd coverages, Pd thin films caused by agglomeration of Pd nanoparticles was found. The metal support interaction with Pd-support was observed. The Pd atoms on the metal oxide/metal interface were partially negative charged by charge transfer.

상용 첨착활성탄의 일산화탄소 흡착성능 및 촉매산화반응 연구

고상원 ( Sangwon Ko ),김대한 ( Dae Han Kim ),김영독 ( Young Dok Kim ),박덕신 ( Duckshin Park ),정우태 ( Woo Tae Jeong ),이덕희 ( Duck Hee Lee ),이재영 ( Jae Young Lee ),권순박 ( Soon Bark Kwon ) 한국공업화학회 2013 공업화학 Vol.24 No.5

We investigated the properties of impregnated activated carbons, a commercial adsorbent for the individual protection equipment, and examined CO adsorption and oxidation to CO2. The surface area, pore volume and pore size were measured for four commercial samples using Brunauer-Emmett-Teller/Barrett-Joyner-Halenda (BET/BJH), and atomic compositions of the sample surface were analyzed based on SEM/EDS and XPS. Impregnated activated carbons containing Mn and Cu for fire showed the catalytic CO oxidation to CO2 with a high catalytic activity (up to 99% CO2 yield), followed by the CO adsorption at an initial reaction time. On the other hand, C: for chemical biologial and radiological (CBR) samples, not including Mn, showed a lower CO conversion to CO2 (up to 60% yield) compared to that of fire samples. It was also found that a heat-treated activated carbon has a higher removal capacity both for CO and CO2 at room temperature than that of untreated carbon, which was probably due to the impurity removal in pores resulted in a detection-delay about 30 min.

온도조절 화학기상증착법을 활용한 대용량 허니컴 구조촉매 제조 연구

서민혜 ( Minhye Seo ),김숭연 ( Soong Yeon Kim ),김영독 ( Young Dok Kim ),엄성현 ( Sunghyun Uhm ) 한국공업화학회 2018 공업화학 Vol.29 No.1

본 연구에서는 대용량 구조 촉매의 제조 및 활용 가능성을 확인하고자 셀 밀도가 높은 세라믹 허니컴 구조체와 온도조절 화학기상증착법을 활용하여 촉매를 제조하고 건식 개질 반응에 대한 촉매 활성을 평가하였다. 셀 밀도 600 cpsi코디어라이트 허니컴(CDR)을 대상으로 니켈을 코팅한 NiO/CDR 촉매는 코팅 조건과 시간을 조절함으로써 허니컴 구조체 셀 내부까지 충분한 균일 증착이 가능하였다, 800 ℃, 공간속도 10,000 h^-1과 CH₄와 CO₂를 1 : 1로 주입한 조건에서 CH₄는 약 83%, CO₂는 약 90% 이상의 우수한 전환율을 보여 건식 개질 반응에 효과적으로 적용이 가능하다는 것을 확인하였다. 이 결과를 토대로 대면적, 대용량 촉매 제조 시 온도조절 화학기상증착법이 매우 유용하게 활용될 수 있음을 확인하였다. We report on the simple preparation method of large-scale structured catalysts by temperature-regulated chemical vapor depo-sition with a high cell-density ceramic honeycomb monolith. And the feasibility for dry reforming of methane catalysts was evaluated. The NiO/Cordierite (CDR) catalyst was prepared by controlling coating conditions at each temperature step, leading to a conformal deposition of NiO inside the cordierite honeycomb monolith with the cell density of 600 cpsi. The catalytic conversion of CH₄ and CO₂ for dry reforming of methane were about 83% and 90% with gas hourly space velocity of 10,000 h^-1 at 800 ℃, respectively. As a result, it exhibited that the temperature-regulated chemical vapor deposition method can be expedient for the preparation of large-scale structured catalysts.

화학적 증기 증착 방법을 통해 제조한 소수성 폴리디메틸실록산 박막: 수처리로의 응용

한상욱 ( Sang Wook Han ),김광대 ( Kwang-dae Kim ),김주환 ( Ju Hwan Kim ),엄성현 ( Sunghyun Uhm ),김영독 ( Young Dok Kim ) 한국공업화학회 2017 공업화학 Vol.28 No.1

폴리디메틸실록산(PDMS)은 화학적 증기 증착 방법을 통해 다양한 물질에 5 nm 두께 이하의 박막 형태로 증착될 수 있다. SiO₂, TiO₂, ZnO, C, Ni 및 NiO와 같은 다양한 종류의 나노입자 표면에도 PDMS 박막은 증기 증착을 통해 고르게 형성될 수 있으며, PDMS가 증착된 표면은 완벽한 소수성을 갖게 된다. 이 소수성 박막은 안정성이 높아 산, 염기 및 자외선 노출 시에도 잘 분해되지 않으며, 또한 PDMS로 코팅된 나노입자는 다양한 환경 분야에 응용될 수 있다. PDMS 코팅된 소수성 SiO₂ 입자는 기름/물 혼합액에서 기름과 선택적으로 반응하고, 기름 유출 사고 시 유류 확산을 억제할 수 있으며, 유출된 기름을 물에서 물리적으로 쉽게 분리할 수 있게 해준다. PDMS 코팅된 TiO₂를 진공 상태에서 열처리 할 경우 TiO₂ 표면은 완전하게 친수성으로 개질되며, 이때 TiO₂가 가시광선을 흡수하여 반응할 수 있게 하는 산소 빈자리 또한 발생하게 된다. PDMS 코팅 후 열처리한 TiO₂는 아무 처리하지 않은 TiO₂에 비해 가시광 하에서 수중의 유기 염료를 분해하는데 더 뛰어난 광촉매 활성을 보인다. 우리는 해당 연구에서 제시하는 간단한 PDMS 박막 코팅 방법이 다양한 환경 과학 및 공학 분야에서 응용될 수 있음을 소개하고자 한다. Polydimethylsiloxane (PDMS) can be deposited on various substrates using chemical vapor deposition process, which results in the formation of PDMS thin films with thickness below 5 nm. PDMS layers can be evenly deposited on surfaces of nano-particles composed of various chemical compositions such as SiO₂, TiO₂, ZnO, C, Ni, and NiO, and the PDMS-coated surface becomes completely hydrophobic. These hydrophobic layers are highly resistant towards degradation under acidic and basic environments and UV-exposures. Nanoparticles coated with PDMS can be used in various environmental applications: hydro-phobic silica nanoparticles can selectively interact with oil from oil/water mixture, suppressing fast diffusion of spill-oil on water and allowing more facile physical separation of spill-oil from the water. Upon heat-treatments of PDMS-coated TiO₂ under vacuum conditions, TiO₂ surface becomes completely hydrophilic, accompanying formation oxygen vacancies responsible for visible-light absorption. The post-annealed PDMS-TiO₂ shows enhanced photocatalytic activity with respect to the bare TiO₂ for decomposition of organic dyes in water under visible light illumination. We show that the simple PDMS-coating process presented here can be useful in a variety of field of environmental science and technology.