특별기획 : 정밀화학산업의 현황과 전망 ( 3 ) / 표면처리제산업의 현황과 전망

조호용 한국화학공학회 2000 NICE Vol.18 No.1

제강 슬래그를 이용한 탄산칼슘의 제조 및 특성 연구

조호용,강동우,이민구,박명근,박진원 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2015 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2015 No.-

제강 슬래그는 제철 공정 중 쇳물에 녹아있는 불순물을 제거하는 공정에서 발생하는 슬래그로, 불순물과 생석회(CaO), 석회석(CaCO₃) 등과의 반응으로 생성된다. 슬래그의 발생량은 원료 및 공정에 따라 그 차이가 있으나 1톤 조강 시 약 470kg이 발생하며, 국내 제강 슬래그의 발생량은 한 해 약 830만톤 정도이다. 제강슬래그에는 칼슘의 성분이 다량으로 함유되어 있어 콘크리트 등 건설원료로 사용이 가능하지만, 이를 사용하기 위해서는 장시간의 숙성 과정이 필요하기 때문에 처리 및 재활용할 수 있는 방안이 필요하다. 광물탄산화는 산업폐기물을 이용하여 이산화탄소 고정 및 탄산염을 생성하는 기술로, 이를 제강 슬래그에 적용하는 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 광물탄산화 방법중의 하나인 간접 탄산화 방법을 통해 제강 슬래그로부터 탄산칼슘을 제조하고 그 특성을 평가하였다. HCl을 이용하여 제강 슬래그 내 칼슘을 추출하였으며, NaOH 및 CO₂ 가스를 이용하여 탄산칼슘을 제조하였다. 추출의 경우 반응 온도에 의한 효과는 크지 않은 반면, HCl 농도 및 고액비의 영향을 받았으며, HCl의 농도가 높을수록 낮은 순도의 탄산칼슘이 생성되었다. 최적 조건에서 칼슘 추출 효율은 89%로 나타났으며, 98% 이상의 순도를 가진 탄산칼슘을 생성하는 것이 가능하였다.

Surface Modification of η–Al2O3 by SiO2 Impregnation to Enhance Methanol Dehydration Activity

조호용,정헌,박진원,정광덕 대한화학회 2017 Bulletin of the Korean Chemical Society Vol.38 No.3

Silica impregnated η-Al2O3 catalysts (Si(number)Al) were prepared for methanol dehydration, with the number indicating the Si wt % added to η-Al2O3. The Si(0.25)Al and Si(0.50)Al catalysts with the greatest number of acid sites had the highest methanol dehydration activities among the prepared catalysts. Si addition up to 0.5 wt % increased the number of the acid sites, which was slightly decreased by further Si addition. The number of weak acid sites correlated well with the catalytic activity for methanol dehydration, but was not enough to explain the higher activity of the catalysts containing silica compared with η-Al2O3. The acid sites of the Si(1.0)Al catalyst were less than those of the η-Al2O3 catalyst but the two had similar activity. Si addition primarily increased the Lewis acid sites, although it generated a few new Brønsted acid sites and chemical hydrogen bonded sites. Nonetheless, it was apparent that the increase of Lewis acid sites was the main reason for the enhancement of η-Al2O3 activity by SiO2 addition. On the other hand, the new Brønsted and Lewis acid sites and the chemical hydrogen bonded sites created by Si addition should not be neglected.

CO₂ 고정화를 위한 산업 폐기물 내 금속 이온 용출 특성 연구

조호용,유윤성,이민구,안세웅,박진원,이상엽 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2016 No.-

지속적으로 발생하는 이산화탄소를 처리하는 기술이 다양하게 연구되고 있다. 광물탄산화는 광물 또는 산업폐기물 내 알칼리 토금속과 이산화탄소의 반응을 통해 고체 탄산염을 생성하여 이산화탄소를 전환하는 기술로, 산업에서 발생되는 폐기물을 처리함과 동시에 이산화탄소를 처리할 수 있는 장점이 있다. 광물탄산화의 기술로는 크게 직접 탄산화 방법과 간접 탄산화 방법으로 나눌 수 있다. 직접 탄산화 방법은 고형의 원료를 이산화탄소와 직접 반응을 통해 이산화탄소를 고정하는 방법으로 공정 구성이 비교적 간단하지만 느린 탄산화 반응, 전환 탄산염의 낮은 순도 등의 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 고형의 원료에서 산 또는 염기 용매를 이용하여 알칼리 토금속을 용출 한 후 이산화탄소와 반응시키는 간접 탄산화의 방법이 연구되고 있다. 본 연구에서는 염산을 용출 용매로 선택하여 칼슘 금속을 다량으로 함유하고 있는 산업 폐기물인 철강 슬래그와 폐콘크리트 내 금속 이온(Ca, Mg, Fe, Al, K)의 용출 특성에 관한 연구를 수행하였다. 용출 특성에 영향을 주는 인자로 염산의 농도, 고액비, 반응 온도를 선정하였다. 철강 슬래그, 폐콘크리트 모두 염산의 농도 및 반응 온도가 증가할수록 칼슘의 용출 효율이 증가하였으며, 고액비가 증가할수록 감소하였다. 철강 슬래그의 경우 칼슘의 최대 용출 효율은 84%로 나타났으며 폐콘크리트의 경우 100%로 나타났다. 칼슘 금속 이외의 금속의 경우 고액비와 반응 온도가 증가할수록 용출 효율이 감소됨을 확인하였다.

제강 슬래그로부터 직접탄산화를 이용한 이산화탄소의 고정

조호용,박진원,이민구,강동우 한국공업화학회 2015 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2015 No.0

이산화탄소를 처리하는 기술 중 하나인 광물 탄산화는 알칼리 토금속을 포함하는 광물 또는 산업 부산물을 이용하여 이산화탄소를 고형의 탄산염으로 고정화 하는기술로, 장기간 저장이 가능하고 전환된 생성물을 재이용할 수 있는 장점이 있다.제강 슬래그는 제강 공정, 용광로, 원료에 따라 그 조성이 다르나 칼슘을 20~40% 포함하고 있기 때문에 광물탄산화의 원료로 사용이 가능하다. 본 연구에서는 직접 탄산화 방법을 통해 제강 슬래그를 이용하여 이산화탄소를 고정화하는 연구를 수행하였다. 탄산화를 촉진시키는 첨가제로 NaOH, KOH를 사용하여 그 효율을 평가하였으며 고액비에 따른 탄산화 효율을 평가하였다.

제강 슬래그를 이용한 탄산칼슘의 제조 및 특성 연구

조호용,강동우,이민구,박명근,박진원 한국폐기물자원순환학회 2015 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2015 No.11

제강 슬래그는 제철 공정 중 쇳물에 녹아있는 불순물을 제거하는 공정에서 발생하는 슬래그로, 불순물과 생석회(CaO), 석회석(CaCO3) 등과의 반응으로 생성된다. 슬래그의 발생량은 원료 및 공정에 따라 그 차이가 있으나 1톤 조강 시 약 470kg이 발생하며, 국내 제강 슬래그의 발생량은 한 해 약 830만톤 정도이다. 제강슬래그에는 칼슘의 성분이 다량으로 함유되어 있어 콘크리트 등 건설원료로 사용이 가능하지만, 이를 사용하기 위해서는 장시간의 숙성 과정이 필요하기 때문에 처리 및 재활용할 수 있는 방안이 필요하다. 광물탄산화는 산업폐기물을 이용하여 이산화탄소 고정 및 탄산염을 생성하는 기술로, 이를 제강 슬래그에 적용하는 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 광물탄산화 방법중의 하나인 간접 탄산화 방법을 통해 제강 슬래그로부터 탄산칼슘을 제조하고 그 특성을 평가하였다. HCl을 이용하여 제강 슬래그 내 칼슘을 추출하였으며, NaOH 및 CO2 가스를 이용하여 탄산칼슘을 제조하였다. 추출의 경우 반응 온도에 의한 효과는 크지 않은 반면, HCl 농도 및 고액비의 영향을 받았으며, HCl의 농도가 높을수록 낮은 순도의 탄산칼슘이 생성되었다. 최적 조건에서 칼슘 추출 효율은 89%로 나타났으며, 98% 이상의 순도를 가진 탄산칼슘을 생성하는 것이 가능하였다.

세정한 비산재를 이용한 직접수성탄산화에서 NaOH 첨가제의 영향에 대한 연구

조호용 ( Hoyong Jo ),강동우 ( Dongwoo Kang ),이민구 ( Min-gu Lee ),유윤성 ( Yunsung Yoo ),최경재 ( Kyungjae Choi ),박진원 ( Jinwon Park ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2016 한국폐기물자원순환학회 추계학술발표논문집 Vol.2016 No.-

범지구적으로 다양한 문제를 야기하는 지구온난화 현상은 해결해야하는 필수 과제 중 하나로 여겨져 왔다. 이 중에서 이산화탄소는 낮은 지구온난화 지수에도 불구하고 가장 많은 양으로 인해 지구온난화 현상에 대해 가장 큰 책임을 가지고 있다. 이산화탄소 저감을 위한 기술로 금속 이온과 이산화탄소의 결합을 통한 무기탄산화 기술이 최근 떠오르고 있다. 무기탄산화 기술의 가장 큰 가능성 중 하나는 다양한 금속이온을 가지고 있는 폐기물을 원료로 이용할 수 있다는 점이다. 본 연구에서는 이러한 폐기물 중 다량의 Ca를 가지고 있는 것으로 알려진 비산재를 이용하여 무기탄산화, 그 중에서도 수용액 내에 이산화탄소를 주입하여 반응시키는 직접수성탄산화를 통한 탄산칼슘 생성에 대해 다루었다. 다량의 불순물을 포함하고 있는 비산재를 보다 순수한 형태로 이용하기 위하여 고온 (70℃)의 물로 세정하여 이용하였다. 총 500 g의 흡수제 중 세정한 비산재가 10 wt% (50g)포함되었고, 5 wt% (25 g)의 NaOH 첨가 유무에 따른 CO₂ 저감량의 차이를 CO₂ 로딩 분석을 통해 비교하였다. 생성물에 대하여 XRD 그리고 TGA 분석을 통해 구성성분 및 순도 분석을 진행하였다.

아미노산염 흡수제를 이용한 이산화탄소 포집 및 재이용에 관한 연구

유윤성,조호용,강동우,이민구,이상엽,홍범의,최창식,박진원 한국폐기물자원순환학회 2016 한국폐기물자원순환학회지 Vol.33 No.1

This research deals with carbon dioxide utilization using amino acid salt solution. Energy-efficient CCU (carbon capture and utilization) technology in which no thermal desorption step is required was suggested. Waste concrete was considerd as Ca2+ source. (1.5 M potassium glycinate + 0.15 M piperazine) was used. After solution is saturated with carbon dioxide, 25wt% 100 ml of calcium chloride solution to replace Ca2+ from waste concrete in experiment was added. And then, precipitated calcium carbonate (PCC) was formed. As a result of absorption experiments of (1.5 M potassium glycinate + 0.15 M piperazine), CO2 loading value for the first absorption and reabsorption step was 0.7354 and 0.2848 mol CO2/ mol absorbent, respectively. Also, the yield of PCC formation of (1.5 M potassium glycinate + 0.15 M piperazine) was 43.63%. Based on these data, the amount of CO2 reduction was calculated. Calcium carbonate can be classified into calcite, vaterite, and aragonite according to their crystal structures and morphology. XRD and SEM analysis were performed and the result showed that the morphology of produced PCC salt was vaterite.

아미노산염 흡수제를 이용한 이산화탄소 포집 및 재이용에 관한 연구

유윤성,조호용,강동우,이민구,이상엽,홍범의,최창식,박진원 한국폐기물자원순환학회 2016 한국폐기물자원순환학회지 Vol.33 No.1

This research deals with carbon dioxide utilization using amino acid salt solution. Energy-efficient CCU (carbon captureand utilization) technology in which no thermal desorption step is required was suggested. Waste concrete was considerdas Ca2+ source. (1.5 M potassium glycinate + 0.15 M piperazine) was used. After solution is saturated with carbon dioxide,25wt% 100 ml of calcium chloride solution to replace Ca2+ from waste concrete in experiment was added. And then,precipitated calcium carbonate (PCC) was formed. As a result of absorption experiments of (1.5 M potassium glycinate+ 0.15 M piperazine), CO2 loading value for the first absorption and reabsorption step was 0.7354 and 0.2848 mol CO2/mol absorbent, respectively. Also, the yield of PCC formation of (1.5 M potassium glycinate + 0.15 M piperazine) was43.63%. Based on these data, the amount of CO2 reduction was calculated. Calcium carbonate can be classified into calcite,vaterite, and aragonite according to their crystal structures and morphology. XRD and SEM analysis were performed andthe result showed that the morphology of produced PCC salt was vaterite.

해수를 이용한 Ca 분리 및 고순도 탄산칼슘 생성

유윤성,조호용,강동우,이민구,최경재,박진원 한국폐기물자원순환학회 2016 한국폐기물자원순환학회 학술대회 Vol.2016 No.11

2015년 체결된 파리협정을 포함하여 이산화탄소 저감을 위한 움직임이 더욱 활발해 지고 있는 실정이다. 6대 온실가스 중 하나인 이산화탄소는 지구온난화에 가장 큰 영향을 미치고 있는 것으로 알려져 있으며, 현재 대한 민국은 2030년 BAU 대비 37% 저감을 목표치로 설정하였기 때문에 효율적인 이산화탄소 기술의 개발이 필요하다. 본 연구에서는 담수화산업으로부터 나온 폐해수의 재활용 가능성을 알아보기 위하여 산업적으로 생성된 해수 샘플을 이용한 무기탄산화를 진행하였다. 해수는 일반적으로 Ca2+, Mg2+, Na+ 등을 포함해 다양한 금속이온을 가지고 있다고 알려져 있으며 사실상 무한한 자원으로 간주되기 때문에 이를 이용할 수 있다면 일석이조의 효과를 얻을 수 있을 것으로 보이기 때문에 연구를 진행하였다. 생선된 탄산칼슘의 순도를 높이기 위해 탄산화를 진행하기 이전에 NaOH를 첨가하여 Mg 이온을 Mg(OH)2의 형태로 분리하였다. 남아있는 상등액은 탄산염 형태로 침전될 수 있는 이온 중 Ca 만을 가지고 있기 때문에 CO2가 포화된 MEA를 통하여 CO32- 이온을 공급하여 고순도 CaCO3를 얻고자 하였다. 실제로 전환되는 CO2의 양을 산정하기 위하여 MEA의 CO2 로딩 분석을 진행하였으며 x-ray diffraction (XRD)와 thermogravimetric analysis (TGA) 분석을 통해 생성물의 구성 성분 및 순도를 알아보았다.