스테인레스 혼산 산세 공정에서 NO_x 생성 특성과 과산화수소첨가에 따른 영향

윤제용,이재의,이수진,이영환,허진,박성국,전희동,Yoon, Jeyong,Yie, Jaeeui,Lee, Sujin,Lee, Younghwan,Huh, Jin,Park, Sungkook,Chun, Heedong 한국청정기술학회 1996 청정기술 Vol.2 No.1

질산과 불산의 혼산용액을 사용하는 스테인레스 산세 공정에서 많은 $NO_x$가 발생하고 이로 인한 주위환경의 피해가 우려되어 왔다. 본 연구는 이미 생성된 $NO_x$를 제거하는 기존의 환경공학 연구와 달리, 청정기술 개발의 일환으로 기존 산세 공정을 일부 변경하여 $NO_x$ 생성을 저감하기 위한 연구이다. 연구내용은 크게 둘로 나누어지는데, 첫째로 산세 공정의 다양한 공정 변수가 $NO_x$ 생성에 어떻게 영향을 주는 가를 파악하였고 둘째로 $NO_x$ 생성 억제제인 과산화수소가 $NO_x$ 발생량에 미치는 영향을 조사하였다. 중요 결과로는 산세 공정에서 $NO_x$ 생성에 영향을 미치는 주요 산세공정 변수는 불산 농도, 반응 온도이며 $NO_x$ 발생의 원인 물질인 질산 농도의 영향은 불산 농도에 비하여 크지 않다. 합성 혼산의 경우 산세를 하지 않는 동안에도 $NO_x$를 발생시키나 그 양은 무시할 정도이다. 그러나, 산세 현장의 산세 용액은 산세를 하지 않는 상태에서도 $NO_x$ 발생은 크다. 산세 공정에서 과산화수소 첨가에 따른 $NO_x$ 생성의 저감은 매우 효과적이어서 과산화수소의 농도가 스테인레스 시편 면적에 대하여 $9.51{\times}10^{-2}\;mole/m^2$ 이상일 때 $NO_x$ 발생이 약 80%까지 저감이 되었다. 이러한 결과는 실공정으로 운영되는 스웨덴 AVESTA 산세공정에서 비슷한 정도의 $NO_x$ 생성 저감률을 가져오기 위한 단위산세면적당 과산화수소 주입량의 1/6 정도이다. 실험실에서 행해진 과산화수소 주입에 따른 $NO_x$ 생성저감 결과를 이용하여 단위 산세면적에 대한 경제적인 과산화수소 주입양을 나타내는 영역을 설정하였다. $NO_x$ is mainly emitted from mixed acid pickling process in the stainless industry and its impact to the environment has been worried over. This study which may be considered as one of the development of clean technologies, differing from the traditional end pipe technology is about how to reduce $NO_x$ emission through the modification of corresponding process. This study consists of two parts. First, the influence of various reaction parameters in a acid pickling process on $NO_x$ emission was investigated. Second, the influence of hydrogen peroxide on $NO_x$ formation, which is known as inhibitor of $NO_x$ emission, was investigated. Major findings in this study are as follows. The important reaction parameters which have a great influence on $NO_x$ emission are the reaction temperature and the concentration of fluoric acid. The concentration of nitric acid, some of which results in $NO_x$ compound is not as important as the concentration of fluoric acid. Synthetic mixed acid of nitric acid and fluoric acid itself in absent of pickling plate contributed the $NO_x$ emission, however, its impact was negligible in terms of quantity. The addition of hydrogen peroxide to the acid pickling process significantly contributed to the reduction of $NO_x$ emission and successfully achieved 80% reduction of $NO_x$ emission at the condition of $9.51{\times}10^{-2}mole\;hydrogen\;peroxide/m^2$ pickling area. This result was compared to literature value from Avesta steel process, indicating a sixth of hydrogen peroxide addition of Avesta's in achieving a same amount of $NO_x$ reduction. The region of the economic hydrogen peroxide addition per unit area of plate to be pickled from the result of this study was established.

스테인레스 혼산 산세 공정에서 NOx 생성 특성과 과산화수소 첨가에 따른 영향

윤제용(Jeyong Yoon),이재의(Jaeeui Yie),이수진(Sujin Lee),이영환(Younghwan Lee),허진(Jin Huh),박성국(Sungkook Park),전희동(Heedong Chun) 한국청정기술학회 1996 청정기술 Vol.2 No.1

해수담수화 플랜트 농축수의 자원화를 위한 파일럿 연구

김승현(Seung-Hyun Kim),윤제용(Jeyong Yoon),최준석(June-Seok Choi),박태신(Tae Shin Park) 대한토목학회 2017 대한토목학회지 Vol.65 No.10

이산화납 전극 제조 시 전기화학적 증착인자가 수산화라디칼 발생에 미치는 영향

심수진(Soojin Shim),윤제용(Jeyong Yoon) 대한환경공학회 2016 대한환경공학회지 Vol.38 No.12

Lead dioxide (PbO₂)는 전기화학적 고도산화공정(electrochemical advanced oxidation process, EAOP)에서 hydroxyl radical (˙OH) 발생에 기반한 유기오염물 분해에 효과적인 전극물질이다. PbO₂ 전극의 대표적인 제조방법인 전기화학적 증착법(electrodeposition)의 주요 인자로는 전류/전압세기, 온도, 반응시간, Pb(II)의 농도, 전해질 종류 및 농도가 있다. 본 연구에서는 Ti/PbO₂ 산화전극을 전기화학적 증착법을 통해 전류인가 시간, 전류밀도, 온도, HNO₃3 전해질 농도를 각각 조절하여 제조하였고, ˙OH 검출물질인 p-Nitrosodimethylaniline (RNO)의 전기화학적 탈색 측면에서 ˙OH 발생에 대한 PbO₂ 증착인자의 영향을 조사하였다. 주요 결과로, PbO₂의 ˙OH 발생 성능은 PbO₂ 증착과정에서 대체로 전류인가 시간이 길어질수록(1-90 min), 전류밀도가 감소할수록(0.5-50 ㎃/㎠), 증착온도가 증가할수록(5-65℃), HNO3 전해질 농도(0.01-1.0 M)가 감소할수록 향상되었다. 특히, 0.01 M의 낮은 HNO₃3 농도 상에서 20 ㎃/㎠ 전류를 10분 이상 인가하여 증착시킨 PbO₂에서 ˙OH 발생이 가장 촉진되었다. RNO 탈색속도 측면에서 가장 성능이 좋은 PbO₂와 저조한 PbO₂ 사이에 최대 41% 정도 차이가 나타났다. PbO의 ˙OH 발생 성능을 결정짓는 특성으로 PbO₂ 층 전도도, Ti 기판 산화, PbO₂ 결정크기를 고려한 결과, PbO₂ 층의 전도도 및 Ti 기판의 산화가 ˙OH 발생에 주요하게 영향을 미치는 것으로 확인되었다. PbO₂ 층의 전도도 향상과 Ti 표면 산화 억제로 인한 Ti/PbO₂ 계면에서 전도도 향상이 ˙OH 발생을 촉진시키는 효과를 가져왔다. 그리고 일부 전극에서는 표면에서 PbO₂ 결정 크기 증가가 ˙OH 발생을 저감시키는 역할을 하였다. Lead dioxide (PbO₂) is an electrode material that is effective for organic pollutant degradation based on hydroxyl radical (˙OH) attack. Representative parameters for PbO₂ electrodeposition are summarized to current, temperature, reaction time, concentration of Pb(II) and electrolyte agent. In this study, Ti/PbO₂ electrodes were fabricated by electrodeposition method under controlled reaction time, current density, temperature, concentration of HNO₃ electrolyte. Effects of deposition parameters on ˙OH evolution were investigated in terms of electrochemical bleaching of p-Nitrosodimethylaniline (RNO). As major results, the ˙OH evolution was promoted at the PbO₂ that was deposited in longer reaction time (1-90 min), lower current density (0.5-50 ㎃/㎠), higher temperature (5-65℃) and lower HNO₃ concentration (0.01-1.0 M). Especially, the PbO₂ which was deposited in 0.01 M of lowest HNO₃ concentration by applying 20 ㎃/㎠ for above 10 min was most effective on ˙OH evolution. The performance gap between PbO₂s that was best and worst in ˙OH evolution was about 41%. Among the properties of PbO₂ related on ˙OH evolution performance, conductivity of Ti/PbO₂ significantly influenced on ˙OH evolution. The increase in conductivity promoted ˙OH evolution. In addition, the increase in crystal size of PbO₂ interfered ˙OH evolution at surface of some PbO₂ deposits.

기후위기 극복을 위한 화학산업 분야 탄소중립 엔지니어링에 대한 제언

주화주 ( Hwajoo Joo ),윤제용 ( Jeyong Yoon ) 한국공업화학회 2022 공업화학전망 Vol.25 No.2

Climate crisis appears to be a reality, and carbon neutrality is the goal of the times. The world must reduce its greenhouse gas emissions to zero by 2050. For this, the world order is changing rapidly, and governments continue to declare carbon neutrality. Carbon neutrality is a huge and comprehensive paradigm change including the transformation of carbon-based civilization and a socio-economic system. To overcome these difficulties, technological innovation must precede. It will be achieved by dismantling and reconstructing the engineering system in a distinctive way. Meanwhile, traditional chemical industry relies almost entirely on fossil fuels for materials and energy. Because of this inherent characteristic, the chemical industry is one of the industries that emit enormous greenhouse gases, and must be reconstructed to minimize its emission. Carbon neutral engineering proposed in this article is an engineering system that minimizes greenhouse gas emissions while maintaining the productivity of existing engineering system. It consists of five directions: (1) conversion of feed, (2) conversion of energy, (3) conversion of process, (4) conversion to a circular economy, and (5) carbon capture utilization and storage (CCUS). Taking the chemical industry as an example, the concept and specific direction of carbon neutral engineering were explained and discussed.

Sonoelectrodeposition of RuO₂ electrodes for high chlorine evolution efficiencies

트란 루 레,김춘수,윤제용,Luu, Tran Le,Kim, Choonsoo,Yoon, Jeyong The Korean Society of Water and Wastewater 2017 상하수도학회지 Vol.31 No.5

A dimensionally stable anode based on the $RuO_2$ electrocatalyst is an important electrode for generating chlorine. The $RuO_2$ is well-known as an electrode material with high electrocatalytic performance and stability. In this study, sonoelectrodeposition is proposed to synthesize the $RuO_2$ electrodes. The electrode obtained by this novel process shows better electrocatalytic properties and stability for generating chlorine compared to the conventional one. The high roughness and outer surface area of the $RuO_2$ electrode from a new fabrication process leads to increase in the chlorine generation rate. This enhanced performance is attributed to the accelerated mass transport rate of the chloride ions from electrolyte to electrode surface. In addition, the electrode with sonodeposition method showed higher stability than the conventional one, which might be explained by the mass coverage enhancement. The effect of sonodeposition time was also investigated, and the electrode with longer deposition time showed higher electrocatalytic performance and stability.

Development of templated RuO₂ nanorod and nanosheet electrodes to improve the electrocatalytic activities for chlorine evolution

트란 루 레,김춘수,윤제용,Luu, Tran Le,Kim, Choonsoo,Yoon, Jeyong The Korean Society of Water and Wastewater 2017 상하수도학회지 Vol.31 No.5

$RuO_2$ is a common active component of Dimensionally Stable Anodes (DSAs) for chlorine evolution that can be used in wastewater treatment systems. The recent improvement of chlorine evolution using nanostructures of $RuO_2$ electrodes to increase the treatment efficiency and reduce the energy consumption of this process has received much attention. In this study, $RuO_2$ nanorod and nanosheet electrodes were simply fabricated using the sol-gel method with organic surfactants as the templates. The obtained $RuO_2$ nanorod and nanosheet electrodes exhibit enhanced electrocatalytic activities for chlorine evolution possibly due to the active surface areas, especially the outer active surface areas, which are attributed to the increase in mass transfers compared with a conventional nanograin electrode. The electrocatalytic activities for chlorine evolution were increased up to 20 % in the case of the nanorod electrode and 35% in the case of the nanosheet electrode compared with the nanograin electrode. The $RuO_2$ nanorod 80 nm in length and 20-30 nm in width and the $RuO_2$ nanosheet 40-60 nm in length and 40 nm in width are formed on the surface of Ti substrates. These results support that the templated $RuO_2$ nanorod and nanosheet electrodes are promising anode materials for chlorine evolution in future applications.

미얀마 양곤 지역 달라 마을의 높은 염도의 우물물 처리를 위한 축전식 탈염기술의 적용 및 평가

Seinn Lei Aye,조규식(Kyusik Jo),윤제용(Jeyong Yoon) 적정기술학회 2018 적정기술학회지(Journal of Appropriate Technology) Vol.4 No.1

미얀마의 양곤 지역 달라 마을에서는 바닷물이 강물과 육지로 침습하는 현상이 지속적으로 발생해 식수 공급이 원활 하지 못하므로 식수 공급을 위한 탈염 기술이 필요하다. 이를 위하여 본 연구에서는 축전식 탈염 공정이 달라 마을의 우물물 처리에 적합한지에 대하여 탈염 성능과 에너지 소모량 측면에서 살펴보았다. 실험 결과, 3000 mg/L 의 총 용 존 고형물질(Total dissolved solid, TDS)을 갖는 유입수를 적절히 탈염할 수 있었다. 이 과정에서의 에너지 소모량은 약 0.5 kWh/m3으로 낮게 측정되었다. 그러므로 축전식 탈염 공정은 미얀마 양곤 지역의 달라 마을에 필요한 식수를 적은 에너지를 이용해 효율적으로 생산할 수 있는 적합하고 발전 가능성이 높은 기술로 사료된다. The desalination of brackish water is a necessary process due to seawater intrusion and the scarcity of potable water in Dala township in the Yangon region of Myanmar. The application of capacitive deionization (CDI) was proposed and demonstrated for the desalination of ground water samples from three wells in Dala. During the CDI operation, the ion adsorption characteristics and energy consumption were analyzed. The CDI cell was efficient for the desalination of ground water samples with total dissolved solids (TDSs) of up to 3000 mg/L. Moreover, the energy consumption for the deionization of water samples was about 0.5 kWh/m3 of desalinated water. Therefore, the CDI system could be considered a promising method to address in an energy efficient manner the potable water issue in Dala, Yangon, Myanmar.

전기화학적 산화제 발생 수처리 시스템의 스케일 저감 방안

이웅희 ( Woonghee Lee ),이태영 ( Teayoung Lee ),윤제용 ( Jeyong Yoon ) 한국물환경학회(구 한국수질보전학회) 2018 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2018 No.-

수처리 시스템에 있어 중요한 공정 중 하나는 소독 공정으로 이를 인체에 유해한 미생물들을 효율적으로 제어한다. 일반적으로 염소계 소독제가 많이 사용되는데, 액화 가스 혹은 액체 염소를 주입하여 공정을 진행한다. 하지만, 이는 매우 위험하고 유독하여 보관과 운반이 용이하지 않다. 이를 개선하기 위해 전기화학적인 산화제 발생 기술이 개발되어 현장에서 안전하게 소독 공정을 운전할 수 있도록 하고 있다. 이런 장점에도 불구하고 반응조에 들어가는 전해수의 경도가 높을 경우, 스케일이 발생하여 그 효율을 떨어트리는 문제점을 가진다. 이에 본 연구에서는 이런 스케일 발생 문제를 저감시키기 위해 전극 및 운전 조건 개발을 통해 해결하려 하였다. 스케일 형성을 억제하기 위해 전처리를 통해 전해수 경도를 떨어트리는 방식들이 많이 이용되고 있다. 그럼에도 불구하고 스케일 문제는 완벽히 해결되지 않고 있으며 시스템이 복잡해져 유지보수가 어렵다. 이에 대해 극의 전환을 통한 스케일을 제어 공정이 그 대안으로 제시되고 있다. 하지만, 전기화학적 산화제 발생에 널리 이용되고 있는 산화 전극 (Dimensionally Stable anode; 이하 DSA)의 경우는 전극 자체가 환원되어 시스템의 효율을 떨어트리기 때문에 극전환에 적합하지 않다. (Kraft et al., 1999) 이런 현상을 개선하고자 DSA (IrO2)와 Pt의 혼합 전극을 제조하여 염소 발생과 전기화학적 특성을 조사했다. 또한, 산화제 발생 효율이 비교적 적은 Pt 전극을 개선하여 그 특성을 평가했다. 나아가 전극의 크기를 확장시켜 실제 전해 모듈에 적용하여 운전 조건에 대한 연구를 진행하였다.

휴대용 염소발생장치에서 발생하는 총 염소 생성량 및 소독부산물 생성 특성

김효현(Hyohyeon Kim),김지예(Jiye Kim),윤제용(Jeyong Yoon),이호일(Hoil Lee),박현종(Hyunjong Park),강경석(Kyungseok Kang) 적정기술학회 2015 적정기술학회지(Journal of Appropriate Technology) Vol.1 No.1

전세계적으로, 특히, 개발도상국 국가들에서는 아직도 수많은 사람들이 안전하지 않은 먹는 물 문제로 고통 받고 있으며 그로 인해 사망하는 인구가 매년 150만 명을 넘는다. 특히 콜레라, 장티푸스, 이질 등과 같은 수인성 질병이 주로 문제가 되며, 이 경우 먹는 물 소독이 철저하지 않은데 기인한다. 본 연구에서는 이런 문제 해결에 도움을 주고자 마을 단위 또는 가정 단위에서 간편하게 사용할 수 있는 전기화학적 염소 발생 원리를 기반으로 한 포터블 염소 발생장치를 개발하였다. 본 연구에서는 포터블 염소발생장치에서의 염소 발생 특성과 염소 발생 반응과정에서 생성될 수 있는 염소계 소독부산물(chlorite(ClO 2 − ), chlorate(ClO 3 − ), perchlorate(ClO 4 − ))의 생성 특성을 조사하였다. 주요 결과로, 500 L 물탱크의 물을 소독하는데 필요로 하는 염소량(300 mg 가정)은 10 g 정도의 소금으로 8분 작동 시 생성되며, 이러한 조건에서 소독부산물의 경우 chlorite는 측정되지 않았고, chlorate는 먹는 물 기준 40분의 1, perchlorate는 5분의 1 수준이 었다(먹는 물에서의 소독부산물 chlorite와 chlorate 농도는 700 µg/L, perchlorate는 15 µg/L 이하로 제한된다). 따라서 본연구에서 개발된 포터블 염소발생장치는 마을단위 또는 가정단위의 작은 물탱크 소독에 필요로 하는 염소생산량 생산에 적절하게 사용될 수 있으며 이 경우 생성되는 염소계 소독부산물은 우려할 수준이 아니라는 사실을 알 수 있었다. Many people in the world, especially in developing countries, suffer from an unsafe drinking water and every year, over 1.5 million deaths occur from water-borne diseases. Water-borne diseases, such as cholera, typhoid, dysentery, are mainly caused by inexhaustive disinfection of drinking water. To help solving these problems, we developed a Portable Electrochemically Generated Chlorine Disinfection Device, based on the principle of electrochemical chlorine generation, which can be conveniently used in village or home unit. In this study, we investigated the characteristics of formation of chlorine and disinfection by-products (DBPs, chlorite (ClO 2 − ), chlorate (ClO 3 − ), perchlorate (ClO 4 − )) which could be produced during the chlorine generation process. The experimental results show that amount of chlorine (assumed as ~300 mg) suitable for disinfecting 500 L of water can be generated by operating the portable electrochemically generated chlorine disinfection device for 8 minutes with 10 g of salt. At this condition, in the case of DBPs generation, chlorite was not detected, concentrations of chlorate and perchlorate were one-fortieth and one-fifth of drinking water guideline values, respectively. (The drinking water guideline values are: less than 700 µg/L for chlorite and chlorate, and less than 15 µg/ L for perchlorate) Therefore, we confirmed that the portable electrochemically generated chlorine disinfection device is applicable as disinfecting device for village or home unit, and its level of DBPs was not an issue of concern.