이산화탄소 메탄화 공정 적용을 위한 Ni/CeO_2-X 촉매의 반응 특성 연구

이예환 ( Ye Hwan Lee ),김성수 ( Sung Su Kim ) 한국공업화학회 2020 공업화학 Vol.31 No.3

이산화탄소 메탄화 공정 적용을 위해 저온에서 우수한 활성을 나타내는 Ni/CeO_2-X의 반응 특성을 조사하였다. 지지체인 CeO_2-X는 Ce(NO₃)₃를 400 ℃에서 열처리하여 획득하였으며, 촉매는 함침법으로 제조되었다. 실험의 운전 변수로써 반응기 내부 압력, 유입가스 중 산소, 메탄, 황화수소의 조성 및 반응 온도에 대하여 수행하였다. Ni/CeO_2-X를 이용한 이산화탄소 메탄화 반응에서 압력이 1 bar에서 3 bar로 증가함에 따라 CO₂ 전환율은 25% 이상 증가하였으며, 낮은 반응 온도에서 증가폭이 크게 나타났다. 유입가스 중 산소와 메탄은 촉매의 CO₂ 전환율을 최대 16, 4%씩 감소시켰으며, 산소와 메탄의 농도가 높아질수록 CO₂ 전환율의 감소율이 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 황화수소는 촉매의 CO₂ 전환율을 최대 7% 감소시켰으며 촉매의 비활성화를 야기하였다. 본 연구의 결과들은 이산화탄소의 메탄화 공정 기초 자료로 유용하게 사용될 수 있을 것이다. The reaction characteristics of Ni/CeO_2-X which is highly efficient at a low temperature was investigated for an application to carbon dioxide methanation process. The CeO_2-X support was obtained by the heat treatment of Ce(NO₃)₃ at 400 ℃ and the catalyst was prepared by impregnation process. The operating parameters of the experiment were the internal pressure of the reactor, the composition of oxygen, methane, and hydrogen sulfide in the inlet gas and the reaction temperature. When Ni/CeO_2-X was used for the carbon dioxide methanation reaction, the CO₂ conversion rate increased by more than 25% as the pressure increased from 1 to 3 bar. The increase was large at a low reaction temperature. When both oxygen and methane were in the inlet gas, the CO₂ conversion rate of the catalyst decreased by up to 16 and 4%, respectively. As the concentration of oxygen and methane increased, the reduction rate of the CO₂ conversion rate tended to increase. In addition, the hydrogen sulfide in the inlet gas reduced the CO₂ conversion rate by up to 7% and caused catalyst deactivation. The results of this study will be useful as basic data for the carbon dioxide methanation process.

황화수소(H₂S) 제거를 위한 하수슬러지 기반 흡착제의 탄화조건 최적화 연구

이예환(Ye Hwan Lee),강혜린(Hyerin Kang),노영일(Young Il Noh),장순웅(Soon Woong Chang),김성수(Sung Su Kim) 대한환경공학회 2020 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.11

매립지 발생가스를 이용한 탄소중립 및 자원화 기술

이예환(Ye hwan Lee),김성수(Sung Su Kim),장영희(Younghee Jang),장순웅(Soon Woong Chang) 대한환경공학회 2021 대한환경공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.11

이산화탄소의 메탄화를 위한 Ni/CeO2-X 촉매 반응 특성 연구

이예환(Ye Hwan Lee ),장영희(Younghee Jang),김성수(Sung Su Kim),이상문(Sang Moon Lee ) 유기성자원학회 2019 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2019 No.춘계

매립지, 하수처리장 등 환경기초시설에서 발생하는 이산화탄소를 저감하고 새로운 에너지원으로 전환하기 위한 이산화탄소의 메탄화 반응 연구를 수행하였다. 메탄화 반응에 사용되는 촉매는Ni/CeO2-X로서 ceria nitrate를 소성하여 지지체로 사용했으며 낮은 온도에서 높은 활성(180 ℃, 70%) 을 나타내었다. Ni/CeO2-X 촉매 특성 분석을 위하여 XRD, BET, H2-TPR, CO2-TPD, FT-IR 분석을수행하였다. 180 ℃에서 CeO2-X 표면에 약한 결합의 bridge carbonate가 생성되었으며 수소 주입 시산소 빈자리를 형성하여 새로운 활성점이 되는 것으로 판단된다. Ni/CeO2-X의 높은 환원력이 낮은온도에서의 높은 활성을 나타내는 주요 인자임을 확인하였다.

유도가열 시스템을 이용한 Ni계 촉매의 톨루엔 산화 반응 특성 연구

이예환 ( Ye Hwan Lee ),김성철 ( Sung Chul Kim ),김성수 ( Sung Su Kim ) 한국공업화학회 2021 공업화학 Vol.32 No.6

휘발성유기화합물을 제거하기 위한 기존 촉매 시스템의 문제를 해결하고자 유도가열 촉매 시스템에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구에서는 3종류의 Ni계 상용촉매를 적용하였으며, 촉매 부피, 조성, 열처리 분위기, 코일 내 위치를 포함한 유도가열 반응 특성을 조사하였다. 촉매의 조성 및 부피는 유도가열 시스템에 의한 발열 및 톨루엔 산화 성능에 영향을 미쳤다. 특히 철이 첨가된 촉매는 99% 이상의 Ni로 구성된 촉매에 비해 높은 발열을 나타내었으나 낮은 톨루엔 산화 성능을 나타내었다. 또한 Ni계 촉매의 열처리에 있어 공기 분위기는 촉매의 성능을 급격히 저하시킨다. 유도가열 시스템에서 촉매는 코일 내 중심에 위치하는 것이 최적 조건으로 나타났다. 연구를 통해 도출한 최적의 조건에서 촉매를 7회 반복 실험하였으며, 유사한 성능을 확인하였다. Research on induction heating catalyst system was conducted to solve problems of the existing catalyst system for removing volatile organic compounds. In the present study, three types of Ni-based commercial catalysts were employed, and induction heating reaction characteristics including the catalyst volume, composition, heat treatment atmosphere, and position in the coil were investigated. The composition and volume of the catalyst affected the exothermic and toluene oxidation performance in the induction heating system. In particular, the Fe-added catalyst showed high exothermic performance compared to that of other catalysts consisting of more than 99% Ni, but had low toluene oxidation performance. In addition, the heat treatment in an air atmosphere of the Ni-based catalyst drastically reduced the performance. In the induction heating system, the optimal condition for the catalyst was to be located in the center of the coil. The catalyst showed similar activities among seven repeated experiments under the optimal condition derived from this work.

유도가열 시스템을 이용한 Ni계 촉매의 메탄 분해 반응 특성 연구

이예환(Ye Hwan Lee),장영희(Younghee Jang),이상문(Sang Moon Lee),김성수(Sung Su Kim) 한국에너지기후변화학회 2021 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2021 No.11

본 연구에서는 수소 기술 선도국이라는 국가 비전에 발맞춰 수소 생산을 위한 유도가열형 메탄 분해 촉매의 반응 특성 도출하였다. 일반적으로 수소 생산의 경우 천연가스(메탄) 개질 기술이 알려져 있으나 흡열반응이라는 특성으로 높은 반응온도가 요구되기 때문에 운전비용이 높다. 또한 일반적인 촉매 반응기의 경우 촉매층의 온도를 조절하는데 오랜 시간이 요구되며 세밀한 제어가 어렵다는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하고자 본 연구에서는 기존의 촉매 가열 방식이 아닌 에너지 효율이 우수하고 간헐적 운전이 가능한 유도가열 시스템을 적용하였다. 특히 유도가열 방식에 적용하기 위해 자성물질이 필수적이기 때문에 Ni을 기반으로 촉매 조성 별 발열 및 활성 평가를 수행하였다. 최종적으로 유도가열 시스템에서 촉매의 발열 및 수소 생산 성능을 증진시키기 위한 근원적 인자를 도출하고자 하였다.

PCC 제조를 위한 칼슘이온 추출 조건에 관한 연구

이예환 ( Ye-hwan Lee ),이상현 ( Sang Hyun Lee ),황인혁 ( In-hyuck Hwang ),최성열 ( Sung-yeol Choi ),이상문 ( Sang Moon Lee ),김성수 ( Sung Su Kim ) 한국공업화학회 2018 공업화학 Vol.29 No.1

본 연구에서는 PCC (precipitated calcium carbonate) 제조에 있어 칼슘이온 추출 최적화를 위하여 추출 용제, 용제의 농도, 추출원의 투입량, 전처리 공정 등 다양한 추출 조건에 따른 실험을 수행하였다. 칼슘추출원으로 CaO를 사용하였으며, 칼슘이온의 추출량과 CaO의 입자크기를 확인하기 위하여 ICP와 SEM 분석을 수행하였다. 그 결과 2 M의 hydrochloric acid를 용제로 사용한 경우 100%의 칼슘이온이 추출되었으며, 추출원의 최적 투입량은 6 g으로 확인하였다. 반면 반응시간, 반응온도, 입자 분쇄 및 열처리 공정은 칼슘이온 추출량에 큰 영향이 없음을 확인하였다. In this study, we performed various extraction condition experiments such as types and concentrations of extractants, amounts of extraction sources, pretreatment processes, to optimize the calcium ion extraction for precipitated calcium carbonate (PCC) production. CaO was used as a calcium extraction source, The extraction amount of calcium ions and the particle size of CaO were determined by ICP and SEM results. As a result, 100% calcium ion was extracted when 2 M hydrochloric acid was used as an extractant, and the optimum amount of the extraction source was 6 g. On the other hand, it was confirmed that the reaction time, reaction temperature, particle milling and heat treatment process had no significant effect on the calcium ion extraction amount.

청소년의 초기 대상관계와 스마트미디어 중독 간의 관계: 모-자녀 간 역기능적 의사소통과 소외감의 매개효과

이예환 ( Lee Ye Hwan ),하정희 ( Ha Jung Hee ) 한국청소년학회 2022 청소년학연구 Vol.29 No.11

This study aims to confirm the mediating effect of mother-adolescent dysfunctional communication and a sense of alienation in the relationship between adolescents' early object relationship and smart media addiction. For this study, 285 students attending middle schools in Seoul conducted the survey. The early object relation was divided into positive, negative, and disciplinary, and the analysis results are as follows. The early object relation (EOR), mother-adolescent dysfunctional communication (MADC), sense of alienation (SA), and smart media addiction (SMA) were all significantly correlated. Specifically, MADC and SA were partially mediated in the relationship between positive EOR and SMA. MADC and SA mediate the relationship between the EOR and SMA. Furthermore, MADC and SA were sequentially mediated in the relationship between EOR and SMA. These research results revealed relevance to previous research and academic and counseling implications, and suggestions for future research were discussed.

이산화탄소 및 산업부산물 저감을 위한 광물탄산화 반응 연구

이예환(Ye Hwan Lee ),김지유(Jiyu Kim),장영희(Younghee Jang),이상문(Sang Moon Lee ),김성수(Sung Su Kim) 유기성자원학회 2019 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2019 No.춘계

현재 산업활동에서 발생하는 산업부산물은 대부분 매립되고 있어 산업부산물의 자원화를 위한광물탄산화 반응 연구를 수행하였다. 산업부산물에는 칼슘이 다량 포함되어 있어 산화칼슘을 이용한추출 및 탄산화의 최적 조건을 도출하였다. 2 M이상의 염산을 추출용제로 사용하였을 때 99% 이상의 칼슘이온이 추출되었으며 CO2 통해 탄산칼슘이 생성되는 것을 확인하였다. 또한 산업부산물 중슬래그, 시멘트 킬른 더스트를 이용하여 칼슘이온 추출 특성을 확인하였으며 동반 추출되는 불순물을 분리하고자 하였다. 추출된 용액에 알칼리성 물질을 주입함으로써 불순물이 제거되는 것을 확인하였고 탄산화 효율을 증가시킬 수 있을 것으로 판단된다.

칼륨 및 칼슘 이온으로 치환된 제올라이트의 대기오염물질 흡착 성능 평가

이예환 ( Ye Hwan Lee ),김성수 ( Sung Su Kim ) 한국공업화학회 2023 공업화학 Vol.34 No.3

본 연구에서는 이온교환 공정에서 사용된 제올라이트의 재이용을 위해 물리화학적 특성 분석 및 대기오염물질(VOCs, SO₂, CO₂) 흡착 성능을 평가하였다. SEM 및 XRD 분석을 통해 사용된 제올라이트의 표면 특성을 확인하였으며, XRF 분석을 통해 조성, BET 분석을 통해 비표면적을 측정하였다. 사용된 제올라이트의 표면 특성 변화는 없었지만 칼륨 및 칼슘의 함량이 증가하고 비표면적이 감소하였다. 사용된 제올라이트의 톨루엔, 황산화물, 이산화탄소 흡착 성능 평가를 수행하였으며, 기존 제올라이트 대비 성능이 증진됨을 확인하였다. 특히 톨루엔, 황산화물에 대해서는 흡착량이 각각 2.6배, 2.3배 증가하였다. 이는 사용된 제올라이트 조성 변화에 따라 각각 중합반응 증진, 염기점 증가에 의한 것으로 판단된다. In this study, the physicochemical characterization and adsorption performance of air pollutants (VOCs, SO₂, and CO₂) were evaluated for the recycling of zeolite used in the ion exchange process. The surface characteristics of the zeolite used were confirmed through Scanning Electron Microscopy (SEM) and X-Ray Diffraction (XRD) analysis, and the composition and specific surface area were measured through X-Ray Fluorescence (XRF) and Brunauer-Emmett-Teller (BET). There was no change in the surface properties of the used zeolite, but the content of potassium and calcium increased and the specific surface area decreased. The toluene, sulfur oxides, and carbon dioxide adsorption performance of the used zeolite was evaluated, and it was confirmed that the performance was improved compared to the fresh zeolite. In particular, for toluene and sulfur oxides, the adsorption amount increased by 2.6 times and 2.3 times, respectively, which might be due to the enhancement of the polymerization reaction and the increase of the base point, according to the composition of the used zeolite.