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비귀금속 촉매에서 사용되는 질소 전구체가 산소 환원 반응의 활성에 미치는 영향
윤호석 ( Ho Seok Yoon ),정원석 ( Won Suk Jung ) 한국화학공학회 2022 Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHA Vol.60 No.1
고가의 귀금속 촉매는 고분자 전해질 연료전지의 상업화에 걸림돌로 인식되어 저가의 비귀금속 촉매 연구가 활발하다. 본 연구에서는 Fe-N-C 촉매를 킬레이팅이 가능한 4가지 다른 질소 전구체 N,N,N’,N’-detramethylethylenediamine(TMEDA), 1,2-ethylenediamine (EDA), m-dicyanobenzene (DCB), dicyandiamide (DCDA)를 이용하여 700, 800, 900, 1000 ℃에서 합성하였다. 촉매의 물리적 특성은 주사전자현미경, X선 회절분석기, 자동원소분석기를 이용하여 분석하였다. 이를 통해 촉매 표면 형태 및 원소의 분산도와 에너지 분산형 X-선 분광을 적용하여 Fe의 함량을 확인하였다. 또한 비금속 원소의 함량과 Fe의 담지 여부 등을 확인하였다. 전기화학적 특성은 순환 전압전류법과 선형주사전위법을 통해 촉매의 전기화학적 산소 환원에 대한 활성과 전자전달수 등을 분석하였다. 결과에 따르면 질소 전구체로 EDA를 사용하여 800 °C의 소성온도에서 합성한 촉매가 가장 높은 산소 환원 활성을 보였다. 이 연구 결과는 고가의 귀금속을 대체하기 위한 노력에 도움이 될 것으로 예상된다. Iron and nitrogen coordinated carbon catalyst (Fe-N-C) is the most promising non-precious metal catalyst (NPMC) studied to alternate the Pt-group oxygen reduction reaction (ORR) catalyst. In this work, Fe/N/C type catalysts are prepared by four different nitrogen precursors; N, N, N’, N’-tetramethylethylenediamine (TMEDA), 1,2-ethylenediamine (EDA), m-dicyanobenzene (DCB), dicyandiamide (DCDA) which can chelate a transition metal; In addition, the catalysts conducted the pyrolysis process at four different temperatures of 700, 800, 900, 1000 ℃ to investigate the ORR activities depend on pyrolysis temperature and to find an appropriate temperature. The characterizations of catalysts were investigated by scanning electron microscope-energy dispersive X-ray spectrometer (SEM-EDS), X-ray diffraction (XRD), and element analysis (EA). The electrocatalytic activity was measured by ORR polarization, also the electron transfer number was calculated from the slope of the K-L plot. The FeNC-EDA-800 which were prepared at pyrolysis temperature of 800 °C with EDA showed better ORR activity than the other catalysts.
대구지역에서 지정폐기물로 판정된 폐기물의 성상에 관한 연구
윤호석 ( Ho-seok Yoon ),강혜정 ( Hye-jung Kang ),김동혁 ( Dong-hyuk Kim ),박성은 ( Sung-eun Park ),서정인 ( Jung-in Suh ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2018 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2018 No.-
지정폐기물은 발생부터 수집·운반 및 최종처리까지의 처리 경로를 추적 감시 통제하고 있는 시스템을 통해 다른 폐기물에 비해 엄격하게 관리되고 있다. 그리고 공장 및 종합병원에서 발생되는 지정폐기물의 관리는 유역(지방)환경청에 위임되어 있고 종합병원 및 공장 외에서 발생되는 지정폐기물의 관리는 대부분 시ㆍ군ㆍ구에 위임되어 있다. 한편, 지정폐기물은 폐기물관리법 시행규칙에서 폐기물에 함유된 유해물질의 종류와 각 농도에 의해 판정하도록 하고 있다. 그리고 그 농도는 환경부 장관이 지정·고시한 폐기물에 관한 공정시험기준에 의한 용출시험을 통해 얻어진 용출액에 대해 측정하도록 규정하고 있다. 결국 다양한 유해물질이 용출됨에도 불구하고 농도 기준에 미달되는 폐기물은 대부분 사업장 일반폐기물로 처리되고 있는 실정이다. 따라서 지정폐기물로 판정되지 않았지만 다양한 유해물질이 용출될 우려가 있는 폐기물에 대해서는 조금 더 엄격한 관리가 필요한 것으로 생각된다. 이에 본 연구에서는 최근 2015년부터 4년동안 대구시보건환경연구원에 접수된 검사 의뢰 폐기물 중에서 지정폐기물로 판정된 폐기물을 대상으로 용출 농도(기름은 함유량임) 결과에 근거하여 특성을 분석하였다. 총 954건 중에서 약 43%가 오니류이었으며, 그 다음으로는 분류가 곤란한 기타류(약 32%)를 제외하고는 분진 > 광재 > 폐흡착제의 순으로 많았다. 오니류의 경우는 약 67%가 폐수처리 오니이었으며, 공정오니가 약 27%로 이들 오니가 오니류의 대부분을 점유하는 것으로 나타났다. 한편, 지정폐기물로 지정된 폐기물은 57건으로 전체 신청 폐기물의 약 6%정도이었고, 이 중에서 21건이 오니류로 약 37%정도를 점유하는 것으로 나타났다. 지정폐기물 판정된 오니류는 21건 중에서 페수처리오니가 12건, 공정오니가 9건이었다. 그리고 지정폐기물로 지정된 폐기물 중의 유해 물질은 Cu(30%), Pb(17%), CN(14%), Oil(11%), Hg(10%), Cr6+(9%)의 순으로 많았으며, 각 성분의 최대 용출 농도 범위는 Cu(4.2~6,906mg/L), Pb(3.4~86.7mg/L), CN(1.3~30.3mg/L), Oil(5.4~69.4%,함유량), Hg(0.0093~0.08mg/L), Cr<sup>6+</sup>(1.9~136.2mg/L)이었다.
Ho Seok Yoon(윤호석),Jong Chan Bu(부종찬),Won Suk Jung(정원석) 한국신재생에너지학회 2021 한국신재생에너지학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.7
PEMFCs are eco-friendly generating systems that have a high efficiency of energy conversion rate changing the chemical reaction of the hydrogen into electrical energy directly. Because of the sluggish reaction rate of oxygen reduction reaction (ORR) in the cathode of PEMFCs, the entire cell performance is decreased. For these reasons, highly active ORR catalysts are required. Pt-group catalysts are shown the best ORR catalytic performance. But because of the high prices of platinum and low electrochemical stability, many researchers have studied non-precious metal catalysts (NPMCs) to alternate Pt-group catalysts. In this work, we prepared Fe@CN-F, Fe@CN-S which are M-N-C type ORR catalysts, via co-doping of fluorine or sulfur with nitrogen on the carbon support. Heteroatoms were doped on the surface of carbon support via the pyrolysis process at 800℃ Fe@CN-S was shown a large amount of nitrogen than Fe@CN, and the ratio of N-functional group; pyridinic N and graphitic N which have advantages of ORR activity. Fe@CN-F almost the same nitrogen contents as Fe@CN but showed the same onset potential as Fe@CN-S. C-F bonds in Fe@CN-S seem to occur as new active sites. Fe@CN-F and Fe@CN-S were shown the same onset potential of 0.83 V in acidic media. Fe@CN-F was shown a great inset potential of 0.98 V that was only 20 mV different from commercial Pt/C (40 wt%, JM). In alkaline media.