오존 처리에 의해 산소 작용기가 도입된 활성탄소의 세슘 흡착 특성

채은선 ( Eunseon Chae ),민충기 ( Chung Gi Min ),임채훈 ( Chaehun Lim ),이영석 ( Young-seak Lee ) 한국공업화학회 2024 공업화학 Vol.35 No.1

세슘은 높은 수용성으로 인하여 인체에 쉽게 침투하여 암 또는 DNA의 변형을 유발하는 잠재적인 독성 오염물질이다. 본 연구에서는 활성탄소의 세슘 흡착 능력을 향상시키고자 오존 처리를 통하여 활성탄소 표면에 산소 작용기를 도입하였다. 오존 처리 시간의 증가에 따라 활성탄소 표면의 산소함량이 증가하였다. 이후 활성탄소와 세슘 사이의 정전기적 상호작용이 더욱 원활하게 이루어져 모든 시료의 세슘 이온 흡착 효율이 향상되었다. 특히 반응기 내부 오존 농도를 50000 ppm으로 하여 7 min 동안 오존 처리한 시료는 약 12%의 높은 산소 작용기 함량을 보이며 97.6%의 가장 높은 세슘 제거 효율을 보였다. 한편, 5 min 동안 처리된 시료는 7 min간 반응한 시료와 비교하여 0.3%의 근소한 세슘 제거율 차이를 보였으며, 이는 오존 기체의 반응 특성으로 인한 두 시료의 표면화학적 유사성에 기인한다. 그러나, 오존 처리된 활성탄소의 세슘 흡착 성능은 활성탄소의 비표면적 및 기공 구조도 중요하지만 표면에 도입된 산소 작용기 양이 주된 영향을 미치는 것으로 판단된다. Cesium is a potential toxic contaminant due to its high solubility, which allows it to easily penetrate the human body and potentially induce cancer or DNA mutations. In this study, oxygen functional groups were introduced on activated carbons (ACs) by ozone treatment to enhance the cesium adsorption capacity. As the ozone treatment time increased, the oxygen content on the ACs surface increased. Subsequently, the electrostatic interaction between ACs and cesium enhanced, resulting in higher cesium ion adsorption efficiency across all samples. In particular, the sample treated with ozone for 7 minutes at an internal ozone concentration of 50000 ppm had roughly 12% greater oxygen functional group content and the highest cesium removal effectiveness (97.6%). Meanwhile, samples treated for 5 minutes showed a 0.3% cesium removal rate difference compared to those treated for 7 minutes, which was caused by the surface chemical similarity of the two samples due to the reactive characteristics of ozone gas. However, the cesium adsorption performance of ozonated activated carbon seems to be mainly influenced by the amount of oxygen functional groups introduced to the surface, although the specific surface area and pore structure of the activated carbon are also important.

사불화탄소 플라즈마 반응에 의해 처리된 활성탄소의 CO₂ 흡착 성능 향상

민충기 ( Chung Gi Min ),임채훈 ( Chaehun Lim ),정서경 ( Seo Gyeong Jeong ),명성재 ( Seongjae Myeong ),이영석 ( Young-seak Lee ) 한국공업화학회 2023 공업화학 Vol.34 No.2

CO₂는 지구온난화의 원인 중 하나로 알려져 있으며 포집을 위하여 다양한 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 표면 특성 변화를 통하여 활성탄소의 CO₂ 흡착 능력을 향상시키고자 사불화탄소 플라즈마 반응을 진행하였으며, 반응 시간에 따른 흡착 특성을 고찰하였다. 플라즈마 반응 이후 활성탄소의 미세기공 부피가 모두 늘어났으며, 최대 1.03 ㎤/g까지 증가하였다. 또한 반응 시간의 증가에 따라 활성탄소 표면에 존재하는 불소 함량이 0.88%까지 증가하였다. 결과적으로 본 실험을 통하여 활성탄소의 기공 특성과 표면 작용기를 동시에 조절할 수 있었다. 본 연구에서 표면 처리된 활성탄소의 CO₂ 흡착량은 미처리 활성탄소에 비하여 최대 7.44%까지 향상되어, 반응 시간이 60 s일 때 3.90 mmol/g으로 가장 우수한 성능을 보였다. 이는 활성탄소 표면에 도입된 불소 작용기와 식각 효과에 의하여 증가된 미세기공 부피에 의한 시너지 효과 때문으로 판단된다. 또한, CO₂ 흡착량이 3.67 mmol/g보다 낮은 구간에서는 미세기공의 부피가 CO₂ 흡착에 더 큰 영향을 미쳤으며, 그보다 높은 구간에서는 도입된 불소의 함량이 더 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. CO₂ is known as one of the causes of global warming, and various studies are being conducted to capture it. In this study, a tetrafluoromethane (CF₄) plasma reaction was performed to improve the CO₂ adsorption of activated carbons (ACs) through changes in surface characteristics, and the adsorption characteristics according to the reaction time were considered. After the reaction, the micropore volume increased up to 1.03 ㎤/g. In addition, as the reaction time increased, the fluorine content on the surface increased to 0.88%. It was possible to simultaneously control the pore properties and surface functional groups of the ACs through this experiment. Also, the CO₂ uptake of surface-treated ACs improved up to 7.44% compared to untreated ACs, showing the best performance at 3.90 mmol/g when the reaction time was 60 s. This is due to the synergy effect of the fluorine functional groups introduced on the surface of the ACs and the increased micropore volume caused by the etching effect. It was found that the micropore volume had a greater effect on CO₂ adsorption in the region where the CO₂ uptake was less than 3.67 mmol/g, while the added fluorine content had a greater effect in the region above that.

질소 플라즈마 처리에 따른 활성탄소섬유 페이퍼의 포름알데하이드 흡착 특성

민충기 ( Chung Gi Min ),임채훈 ( Chaehun Lim ),명성재 ( Seongjae Myeong ),이영석 ( Young-seak Lee ) 한국공업화학회 2022 공업화학 Vol.33 No.6

포름알데하이드는 호흡기 및 피부 질환을 일으키는 등 인체에 유해한 실내 환경 오염물질로 알려져 있다. 본 연구에서는 활성탄소섬유 표면에 질소 작용기를 도입하기 위하여 질소 플라즈마 처리를 하였고, 질소 작용기 함유 활성탄소 섬유에 대한 포름알데하이드 흡착 특성을 고찰하였다. 주입되는 질소 가스의 유량이 증가함에 따라 활성탄소섬유 표면에 도입되는 질소 작용기의 함량이 약 7% 정도 증가하였으며, 존재하는 질소 작용기의 종류별 비율도 유사하였다. 또한 플라즈마 처리에 의한 식각 효과로 인하여 활성탄소섬유 표면에 초미세기공이 증가하였다. 이에 따라 표면 개질된 활성탄소섬유의 포름알데하이드 흡착 효율도 증가하였다. 그러나, 질소 유량이 120 sccm 이상인 조건에서는 활성탄소섬유 표면이 과도하게 식각되어, 비표면적이 감소하고 포름알데하이드 흡착 능력이 오히려 저하되었다. 따라서, 질소 플라즈마 처리된 활성탄소섬유의 포름알데하이드 흡착은 도입된 질소 작용기의 함량이 주요 요인이지만, 이와 함께 적합한 기공 구조를 가질 때 포름알데하이드의 흡착 효율이 향상됨을 알 수 있었다. Formaldehyde is an indoor pollutant that is harmful to humans, such as causing respiratory and skin diseases. Nitrogen plasma treatment was performed to introduce nitrogen groups on the surface of the activated carbon fibers (ACFs), and the adsorption characteristics of formaldehyde for the surface-modified ACFs were considered. As the nitrogen gas flow rate increased, the content of nitrogen functional groups introduced to the surface of the ACFs increased by about 7%, and the ratio of nitrogen functional groups to each type present was similar. Ultramicropores increased on the ACFs surface due to the etching effect of plasma treatment. The adsorption efficiency of formaldehyde on the modified ACFs surface was also enhanced. However, under the nitrogen flow rate of 120 sccm or more, the surface of the ACFs was excessively etched, and the specific surface area and the formaldehyde adsorption capacity decreased. Therefore, the content of the nitrogen groups is the main factor in the adsorption of formaldehyde on the nitrogen plasma-treated ACFs, but it can be found that the adsorption efficiency of formaldehyde is improved when the ACFs have a suitable pore structure.

건물 일체형 태양광(BIPV) 전기감리

남기범(Ki-Beom Nam),민충기(Chung-Gi Min) 대한전기학회 2022 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2022 No.7

오일 추출에 의해 물성이 향상된 커피 찌꺼기 활성탄소기반 슈퍼커패시터 제조 및 그 전기화학적 특성

김경수 ( Kyung Soo Kim ),민충기 ( Chung Gi Min ),이영석 ( Young-seak Lee ) 한국공업화학회 2023 공업화학 Vol.34 No.4

바이오 폐기물의 활용도를 높이기 위해 오일 추출 및 KOH 활성화를 통해 제조된 커피 찌꺼기 기반 활성탄소를 이용하여 슈퍼커패시터 성능을 고찰하였다. 커피 찌꺼기에 오일 추출은 노말헥산 및 아이소프로필 알코올 용매를 사용한 용매 추출로 수행되었다. 오일 추출 후 KOH 활성화를 통해 제조된 AC_CG-Hexane/IPA는 오일 추출 없이 KOH 활성화로만 제조된 AC_CG보다 비표면적은 최대 16% 및 평균 기공 크기는 최대 2.54 nm로 증가되었다. 또한, 커피 찌꺼기의 오일 추출함에 따라 제조된 활성탄소의 pyrrolic/pyridinic N 작용기는 증가되었다. 순환전압전류법 측정 실험으로부터, 10 mV/s의 전압 주사 속도에서 AC_CG-Hexane/IPA의 비정전용량은 133 F/g으로, AC_CG (100 F/g)의 비정전용량에 비해 33% 향상된 값을 나타냈다. 그 결과 커피 찌꺼기의 오일 추출을 통한 성분 제거를 통하여 활성탄소의 메조기공의 크기 및 비표면적의 부피 향상과 pyrrolic/pyridinic N 작용기가 전기화학적 활성으로 전기전도도를 증가로 인한 시너지 효과로 향상된 전기화학적 특성을 나타낸다. 본 연구에서는 바이오 폐기물인 커피 찌꺼기의 재활용 방법 및 적용에 대해 제시하였으며, 고성능 슈퍼커패시터의 전극 재료로 활용할 수 있는 효율적인 방법 중 하나라고 판단된다. Capacitor performance was considered using coffee grounds-based activated carbon produced through oil extraction and KOH activation to increase the utilization of boiwaste. Oil extraction from coffee grounds was performed by solvent extraction using n-Hexane and isopropyl alcohol solvents. The AC_CG-Hexane/IPA produced by KOH activation after oil extraction increased the specific surface area by up to 16% and the average pore size by up to 2.54 nm compared to AC_CG produced only by KOH activation without oil extraction. In addition, the pyrrolic/pyridinic N functional group of the prepared activated carbon increased with the extraction of oil from coffee grounds. In the cyclic voltage-current method measurement experiment, the specific capacitance of AC_CG-Hexane/IPA at a voltage scanning speed of 10 mV/s is 133 F/g, which is 33% improved compared to the amorphous capacity of AC_CG (100 F/g). The results show improved electrochemical properties by improving the size and specific surface area of the mesopores of activated carbon by removing components from coffee grounds oil and synergistic effects by increasing electrical conductivity with pyrrolic/pyridinic N functional groups. In this study, the recycling method and application of coffee grounds, a bio-waste, is presented, and it is considered to be one of the efficient methods that can be utilized as an electrode material for high-performance supercapacitors.

항공장애 표시등 감리계획 검토

신영훈(Young-Hoon Shin),민충기(Chung-Gi Min) 대한전기학회 2021 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2021 No.10

비상발전기 공장 감리 및 검수

정상웅(Sang-Woong Jeong),민충기(Chung-Gi Min) 대한전기학회 2022 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2022 No.7

건물 일체형 태양광(BIPV) 시공감리

남기범(Ki-Beom Nam),민충기(Chung-Gi Min) 대한전기학회 2022 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2022 No.7

질소 플라즈마 처리된 활성탄소를 이용한 테트라사이클린의 물리 및 화학 흡착 특성

이인우 ( In Woo Lee ),명성재 ( Seongjae Myeong ),민충기 ( Chung Gi Min ),하성민 ( Seongmin Ha ),천서영 ( Seoyeong Cheon ),이영석 ( Young-seak Lee ) 한국공업화학회 2024 공업화학 Vol.35 No.1

본 연구에서는 활성탄소의 테트라사이클린 흡착성능을 향상시키기 위해 5, 10, 및 15분의 시간에 따른 질소 플라즈마 처리를 실시하였다. 모든 질소 플라즈마 처리된 활성탄소는 미처리 활성탄소와 비교하여 테트라사이클린 흡착성능이 개선되었다. 이는 활성탄소에 도입된 질소 작용기가 테트라사이클린과 π-π 상호작용 및 수소 결합을 통하여 화학 흡착을 야기하기 때문이다. 특히, 80 W 및 50 kHz의 질소 플라즈마 처리에서, 10분 동안 처리된 활성탄소가 가장 우수한 흡착성능을 가졌다. 이 때, 활성탄소 표면의 질소 함량은 2.03%이며 비표면적은 1,483 ㎡/g까지 증가하였다. 이렇게 질소플라즈마 처리에 의해 개선된 활성탄소는 물리 및 화학 흡착성능이 향상되었다. 또한, 흡착 실험 결과가 Langmuir 흡착등온식과 유사 2차 반응속도식에 잘 부합하므로, 질소 플라즈마 처리된 활성탄소의 테트라사이클린 흡착은 단분자층으로 이루어지는 화학 흡착이 주도적으로 일어나는 것으로 판단하였다. 결과적으로, 질소 플라즈마 처리된 활성탄소는 주도적인 화학 흡착과 더불어 물리 흡착의 시너지 효과로 수중에서 테트라사이클린을 효율적으로 제거하는 흡착재로 사용될 수 있다. In this study, nitrogen plasma treatment was performed in 5, 10, and 15 minutes to improve the tetracycline adsorption performance of activated carbon. All nitrogen plasma-treated activated carbons showed improved tetracycline adsorption compared to untreated activated carbons. The nitrogen functional groups in activated carbon lead to chemisorption with tetracycline via π-π interactions and hydrogen bonding. In particular, in the nitrogen plasma treatment at 80 W and 50 kHz, the activated carbon treated for 10 minutes had the best adsorption performance. At this time, the nitrogen content on the surface of the activated carbon was 2.03% and the specific surface area increased to 1,483 ㎡/g. As a result, nitrogen plasma treatment of activated carbon improved its physical and chemical adsorption capabilities. In addition, since the adsorption experimental results were in good agreement with the Langmuir isotherm and pseudo-second order model, it was determined that the adsorption of tetracycline on the nitrogen plasma-treated activated carbon was dominated by chemical adsorption through a monolayer. As a result, nitrogen plasma-treated activated carbon can be used as an adsorbent to efficiently remove tetracycline from water due to the synergistic effect of physical adsorption and proactive chemical adsorption.

돼지 뼈로부터 제조된 활성탄소의 기공구조 및 이종원소가 이산화탄소 흡착에 미치는 영향

정서경 ( Seo Gyeong Jeong ),임채훈 ( Chaehun Lim ),민충기 ( Chung Gi Min ),명성재 ( Seongjae Myeong ),하나은 ( Naeun Ha ),이영석 ( Young-seak Lee ) 한국공업화학회 2023 공업화학 Vol.34 No.6

본 연구는 돼지 뼈 기반의 바이오매스를 가지고 새로운 흡착재의 활용가능성을 조사하였다. 이를 위하여 돼지 뼈 기반 활성탄소(pig bone based activated carbon, PAC)의 물리화학적 특성을 확인하고 이산화탄소 흡착 성능을 고찰하였다. 활성화제로 KOH를 사용하였으며, 활성화 온도가 증가할수록 비표면적이 증가하며 이산화탄소의 흡착 효율도 증가하였다. 800 ℃에서 활성화된 샘플은 1208.7 m²/g로 가장 큰 비표면적을 나타내었으며, 273 K, 1 bar에서 3.33 mmol/g로 높은 이산화탄소 흡착 효율을 보였다. 그러나 활성화 온도가 900 ℃ 이상인 조건에서는 결정성의 변화 및 과활성화로 인하여 비표면적과 이산화탄소 흡착 효율이 감소하였다. 한편 이상흡착용액이론으로 그 선택도 계산을 수행하였을 때, 273 K, 0.8 bar 이하에서 PAC-900 샘플이 가장 좋은 선택도를 보였다. 이러한 결과는 273 K에서의 이산화탄소/질소흡착은 900 ℃에서 돼지 뼈가 활성화될 때 탄산염이 분해됨으로써 형성된 하이드록시아파타이트의 이산화탄소 흡착성과 그 결정성으로 인해 높은 선택도가 얻어진 것으로 판단된다. This study investigated the possibility of new adsorbent materials made from pig bone-based biomass. To this end, the properties of pig bone-based activated carbon (PAC) prepared from animal biomass were investigated, and its carbon dioxide adsorption performance was examined. KOH was used as the activation agent, and the specific surface area increased with increasing activation temperature, and the adsorption efficiency of carbon dioxide also increased. The sample activated at 800 °C exhibited the largest specific surface area of 1208.7 m²/g and the highest CO₂ adsorption efficiency of 3.33 mmol/g at 273 K, 1 bar. However, the specific surface area and the CO₂ adsorption efficiency decreased at activation temperatures above 900 ℃ due to crystallinity changes and overactivation. On the other hand, when the selectivity was calculated using the ideal adsorption solution theory, PAC-900 samples at 273 K and below 0.8 bar showed the best selectivity. These results suggest that the high selectivity of carbon dioxide/nitrogen adsorption at 273 K is due to the carbon dioxide adsorption capacity of hydroxyapatite formed by the decomposition of carbonate when pig bone is activated at 900 ℃ and its crystallinity.