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손남규,강미숙 한국공업화학회 2016 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2016 No.1
대표적인 광촉매 중 하나인 ZnO는 각종 유해 유기물질을 분해하는 능력이 우수하다고 잘 알려져 있다. 유기물 분해 능력을 갖는 ZnO를 이용한 에너지원 개발에 관한 연구가 많이 진행되고 있는데, 특히 물이나 저급 알코올류를 분해하여 차세대 청정에너지인 수소를 제조하는 연구가 주목받고 있다. 하지만 ZnO를 이용한 물분해 수소 제조의 경우 높은 밴드 갭(3.3 eV)으로 인하여 짧은 파장의 빛만 흡수하고 가시광선을 잘 흡수하지 못해 효율이 떨어진다는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 이를 보안하기 위해 가시광선 흡수 능력이 뛰어난 설파이드계 촉매를 사용하고자 하였다. 주 촉매인 ZnO를 담체로 하여 흡광 능력을 향상시키고자 표면에 Sb<sub>2</sub>S<sub>3</sub>를 도핑하였다. 촉매는 ZnO를 먼저 수열 합성법으로 합성한 후, 졸겔법으로 Sb<sub>2</sub>S<sub>3</sub>를 서로 다른 질량 비율로 도핑하였다. 촉매의 물리화학적 특성은 XRD, BET, SEM, EDS 등으로 확인하였고, UV-Vis, PL, Photo current를 이용하여 광 활성을 분석하였다.
손남규,박노국,백점인,류호정,강미숙 한국공업화학회 2018 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2018 No.0
본 연구에서는 Chemical Looping Combustion(CLC)에 사용되는 입자를 저가입자로 대체하고자 하였다. 따라서 천연광물인 Ilmenite FeTi<sub>2</sub>O<sub>5</sub>를 기반으로 하여 다른 무기염류를 첨가하여 산화-환원 사이클 간에 소결이나 마모현상을 줄이고자 하였다. 기존 Ilmenite의 경우 초기 산소전달 능력이 낮고, 점점 증가하는 것을 보였고, 산화속도와 환원속도가 느리고 입자간의 응집 현상을 보였다. 하지만 1300°C 에서 소성을 한 입자는 초기 산소전달능력이나 수 사이클 이후 산소전달 능력의 차이가 크지 않으며 산화속도와 환원속도가 훨씬 빨라진 것을 확인할 수 있었다. 이를 XRD로 확인해 본 결과 기존 Ilmenite는 일정조건에서 형성되지못한 광물로 다양한 구조를 가지고 있었지만, 소성후에는 Ferric Pseudobrookite구조의 Fe<sub>2</sub>TiO<sub>5</sub>와 Rutile구조의 TiO<sub>2</sub>가 섞여있는 것을 확인했다. 이를통해 Fe<sup>2+</sup>가 Fe<sup>3+</sup>로 산화되어 전체적인 산화와 환원 속도가 빨라지고 상대적으로 많이 존재하던 Ti<sup>4+</sup>가 TiO<sub>2</sub>를 형성한 것으로 보았다. 따라서 Ilmenite에 Red mud를 첨가하여 TiO<sub>2</sub>를 완전히 Fe<sub>2</sub>TiO<sub>5</sub>형태로 만들어 산소전달 능력을 향상시키고자 하였다.
1P-150 메탄의 Chemical-Looping Combustion에 사용되는 스피넬 구조의 XY-CD<sub>2</sub>O<sub>4</sub> 입자의 산소 전달능력 평가
손남규,박노국,백점인,류호정,강미숙 한국공업화학회 2017 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2017 No.1
매체순환연소(Chemical-Looping Combustion, CLC) 기술은 연료가 공기와 직접 접촉하는 기존 연소방법과 달리 CO<sub>2</sub>의 원천 분리가 가능하며, NO<sub>x</sub> 발생량이 작아 대기오염을 막을 수 있는 장점이 있다. 하지만 매체순환연소에 이용되는 금속산화물은 반복적인 산화-환원 반응으로 인하여 응집이 발생하고, 이로 인해 입자의 표면적이 작아져 산소 전달 성능이 감소하는 문제점을 가지고 있다. 이를 해결하고자 본 연구에서는 스피넬 구조의 AB<sub>2</sub>O<sub>4</sub> 촉매에 활성금속인 X와 Y를 첨가하여 기존의 안정한 스피넬 구조를 유지하면서 응집 현상을 개선하고자 하였다. 촉매의 합성은 sol-gel법을 이용하였고, XRD, TEM, SEM/EDS, BET 등을 통해 물리화학적 특성을 확인하였다. 촉매의 산소전달 성능은 TGA분석을 통해 확인하였으며, 산화-환원간 결정구조 변화와 금속의 산화수 변화는 XRD와 XPS로 확인하였다.
손남규,강미숙 한국공업화학회 2020 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2020 No.-
인류는 전기에너지를 생산하기 위하여 다양한 에너지원을 활용하고 있다. 하지만 그중에서 환경오염의 원인으로 지적되는 화석연료로부터 얻는 전기에너지가 전체 전기에너지의 대부분을 차지하고 있다. 하지만 이러한 단점을 극복하기 위하여 화력발전을 개선하고자 하는 다양한 노력이 시도 되고 있으며, 매체순환연소 또한 그 중의 하나이다. 매체순환연소 기술은 적은 비용으로도 순산소 연소와 같은 효과를 발휘하는 기술로 연소가스로부터 고순도의 CO<sub>2</sub>를 쉽게 얻을 수 있어 친환경적인 새로운 화력발전 방법으로 각광받고 있다. 본 연구에서는 이러한 공정에서 사용되는 안정성 높은 산소전달 입자를 개발하고자 하였다. 먼저 고온에서의 안정성을 높이기 위하여 MgAl<sub>2</sub>O<sub>4</sub>의 스피넬 구조를 활용하였으며, 스피넬 격자에 Cu와 Fe를 치환함으로써 산소전달 용량을 증가시키고 이들을 통해 형성된 산소 결함을 통해 산소전달 능력의 향상을 확인하였다. 입자의 합성은 Sol-Gel법을 활용하여 합성하였으며, 얻어진 입자의 결정성은 XRD와 HR-TEM을 통해 확인하였다. 그리고 입자의 산화 환원 과정의 산소전달 능력은 TGA를 통한 공정 모사 사이클을 진행하여 확인하였다.