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PdO 나노입자를 이용한 니트라민 폭발물 분해반응에 대한 1H NMR 반응속도연구
계영식,Mathew Kumbier,김동욱,Gerard S. Harbison,Marjorie A. Langell 한국공업화학회 2022 공업화학 Vol.33 No.3
사격장 피탄지에 잔류되는 고폭화약으로 인한 환경오염 문제를 해결하기 위해 표면적이 큰 나노입자를 사용한 분해반응을 연구하였다. 수질오염을 가상하여 물에 용해시킨 research department explosive (RDX)와 high melting explosive (HMX) 니트라민 폭발물에 PdO를 첨가하여 313 K에서 분해반응시켰다. 폭발물의 분해반응속도를 측정하기 위해 반응초기부터 종료시까지 시료 손실없이 반응속도를 측정할 수 있고 스펙트럼을 통하여 반응의 진행 정도를 관찰 가능한1H NMR을 사용하였다. NMR 피크의 chemical shift 및 peak intensity 분석으로 유사 1차 분해반응이 일어남을 확인하였으며, 측정된 RDX와 HMX의 분해반응 속도상수는 각각 2.10 × 10-2과 6.35 × 10-4 h-1이었다. 본 연구로부터 산화금속PdO 나노입자는 니트라민 폭발물 분해반응연구에 적용 가능함을 확인하였다.
자연환기상태 실내공간에서의 화학작용제 확산 모델링 연구
계영식,정우영,김용준,Kye, Young-Sik,Chung, Woo-Young,Kim, Yong-Joon 한국군사과학기술학회 2008 한국군사과학기술학회지 Vol.11 No.4
The purpose of this study is to provide response methods to minimize the damage from chemical terrorism in a naturally ventilated indoor system using several types of dispersion simulations. Three chemical warfare agents such as sarin(GB), phosgene and chlorine gas which have high potential to be used in terror or to be involved with accidents were selected in this simulation. Fire dynamic simulation based on Large Eddy Simulation which is effective because of less computational effort and detailed expression of the dispersion flow was adopted to describe the dispersion behavior of these agents. When the vent speed is 0.005m/s, the heights of 0.1 agent mass fraction are 0.9m for sarin, 1.0m for phosgene and 1.1m for chlorine gas, and the maximum mass fraction are 0.27 for all three agents. However, when the vent speed is increased to 0.05m/s, the heights of 0.1 agent mass fraction become 1.6m for all three agents and maximum mass fraction inside the room increase to 0.70 for sarin, 0.58 for phosgene and 0.53 for chlorine gas. It is shown that molecular weight of the agents has an important role for dispersion, and it is important to install ventilation system with height less than 1.6m to minimize the damage from chemical toxicity.
유기인 계열 독성화합물 분해를 위한 촉매반응의 최신 연구 동향
계영식,정근홍,김동욱 한국공업화학회 2019 공업화학 Vol.30 No.5
유기물질, 전이금속 및 유기-금속 구조체(MOFs)를 기반으로 하는 촉매들이 유기인 계열 독성물질들을 분해하고 제거하는데 효과적임이 보고되어 왔다. 최근 20년간 독성물질 분해연구를 위해 다공성 MOFs들이 응용 목적에 맞게 디자인되고 합성되었다. Zr6 기반의 금속노드와 유기결합체를 가지는 MOFs들은 세공크기, 공극률, 표면적, Lewis acidic 자리 그리고 열적 안정성 등과 같은 기본구조내의 변형이 가능하기 때문에 화학작용제, 살충제 및 제초제를 제거하는촉매로 널리 사용되어왔다. 본 리뷰에서는 구조, 안정성, 입자크기, 연결된 리간드 수, 유기 기능기 등에 따른 MOFs들의 촉매효율과의 연관성을 다루게 될 것이다.
Cu(II)-Chitosan Complex의 DFP 분해 반응 연구
계영식,정우영,김동욱,박양기,송시욱,정근홍,Kye, Young-Sik,Chung, Woo Yong,Kim, Dongwook,Park, Yangki,Song, Siuk,Jeong, Keunhong 한국군사과학기술학회 2012 한국군사과학기술학회지 Vol.15 No.5
In this study, we have proposed a novel decomposition agent composed of Cu(II) and soluble chitosan for organophosphorus chemical agents. Compared to the autohydrolysis, the soluble Cu(II)-Chitosan complex hydrolyzed DFP more effectively. Results show that soluble Cu(II)-Chitosan complex enhances the hydrolysis of DFP in 4~6 folds compared to the autohydrolysis of DFP in buffer solution. This study provides the possibility of using this soluble Cu(II)-Chitosan complex as the environmental friendly decomposition agent which can substitute current DS-2 decomposition agent.
Cu(II)-Lactic Acid와 Cu(II)-LMWS-Chitosan 착물의 DFP 가수분해반응 연구
계영식 ( Young-sik Kye ),정근홍 ( Keunhong Jeong ),김동욱 ( Dongwook Kim ) 한국공업화학회 2020 공업화학 Vol.31 No.5
Lactic acid와 키토산을 Cu(II) 이온과 반응시켜 합성한 착물을 사용하여 유기인 유사 독성물질인 DFP (Diisopropyl fluorophosphate)분해반응에 적용하였다. Cu(II)-lactic acid 착물의 경우 homogeneous 상태에서 분해반응 반감기가 37. 1 min으로 분해성능이 우수하였다. 1 kDa 저분자량 수용성 키토산으로 합성한 Cu(II)-LMWS chitosan 착물은 결정화 후에는 용해도가 낮아 heterogeneous 한 상태에서 분해반응이 진행되었으며 그 반감기는 32.9 h이었다. 이 결과는 기존에 연구된 18 kDa 키토산 Cu(II)착물의 분해반응속도보다 약 16배 정도 증가된 것이다. Cu(II)-LMWS chitosan 착물을 결정화하지 않고 homogeneous한 상태로 진행한 분해반응에서는 반감기가 8.75 h로 용해도에 따라 약 4배의 차이를 확인할 수 있었다. DFP (diisopropyl fluorophosphate). Under the homogeneous reaction condition, Cu(II)-lactic acid chelate hydrolyzed DFP withthe half life time of 37.1 min. Cu(II)-LMWS chitosan chelate was synthesized with 1 kDa molecular weight of chitosan,which showed low solubility, and then crystallized. The half life time for hydrolyzing DFP using Cu(II)-LMWS chitosan was32.9 h indicating that the reaction rate is enhanced as much as 16 times more than that of using 18 kDa chitosan-Cu(II)complex. Under the homogeneous reaction condition, the half life time of Cu(II)-LMWS chitosan was 8.75 h. Therefore, wefound out that the solubility of Cu(II)-LMWS chitosan makes the difference in the reaction rate as much as 4 times.
Merrifield-Type Diaminatedpolystyrene-Cu (II) 불균일 촉매에 의한 Sarin과 Soman 분해반응 연구
정우영,계영식 한국군사과학기술학회 2000 한국군사과학기술학회지 Vol.3 No.1
Three compounds of Cu(II)-loaded N,N,N'-trimethylethylenediaminated Merrifield-type polymers were synthesized with yields higher than 80%, and the hydrolysis reaction rates of O-isopropylmethyl-phosphonofluoridate(GB) and O-pinacolylmethylphosphonofluoridate (GD) catalyzed by them have been surveyed. GB and GD hydrolysis by Cu(II)-loaded polymers occurs via intermediate complex mechanism where rapid equilibrium to form intermediate complex between substrate and Cu(II)-loaded polymers($K_f$) is followed by rate determining hydrolysis step($k_1$). The measured activation parameters for $k_1$ are ${\Delta}H^{\ddag}$ : $17.75{\pm}0.98kJ/mol$ ${\Delta}S^{\ddag}$ / : $-218.42{\pm}3.35J/mol$ K, $E^{\circ}_a$ : $20.22{\pm}0.98kJ/mo1$ for GB and ${\Delta}H^{\ddag}$ / : $11.16{\pm}1.15kJ/mol,$${\Delta}S^{\ddag}$ /: $-258.57{\pm}3.93J/mol$ K, $E^{\circ}_a$ : $13.64{\pm}1.15 kJ/mol$ for GD. Standard enthalpy/entropy changes corresponding to the intermediate complex formation constant $K_f$ are ${\Delta}H^{\circ}$ : $37.05{\pm}2.19 kJ/mo1,$$ {\Delta}S^{\circ}$ : $163.12{\pm}7.49 J/mol$ K and ${\Delta}H^{\circ}$ : 418.59{\pm}2.04 kJ/mol,$ ${\Delta}S^{\circ}$ : 4111.92{\pm}6.98 J/mol$ K for GB and GD, respectively, The electron push-pull mechanism by Cu(II)-loaded polymers lowers the P-F bond breaking energy(~400 kJ/mol) to less than 1/20 compared to the case in which no Cu(II)-loaded resin presents. Analysis of $K_f$ and 4k_1$ over pH=6.5~8.0 range suggest that the GB and GD hydrolysis occurs intramolecularily with $pK_a$ =7.29 for ligated $H_2O$ and $t_{1/2}$=36.9 sec, $pK_a$ = 7.06 and $t_{1/2}$=177.7 sec for GB and GD, respectively.