공기접촉 제어를 통한 산화방지 Core-Shell 나노영가철의 제조

안준영,김홍석,황인성,Ahn, Jun-Young,Kim, Hong-Seok,Hwang, In-Seong 한국지하수토양환경학회 2008 지하수토양환경 Vol.13 No.6

본 연구는 대기중에서 안정한 나노크기 영가철을 제조한 후 그 특성을 평가하기 위해 수행되었다. XRD, XPS 분석을 통해 인위적으로 4, 8, 12 mL/min 유량의 공기 접촉을 통해 형성된 shell의 두께는 5 nm로 모두 유사한 것으로 확인되었고, shell의 성분은 magnetite(${Fe_3}{O_4}$), maghemite(${\gamma}-{Fe_2}{O_3}$)가 주성분임을 확인할 수 있었다. 4, 8, 12 mL/min의 접촉 공기 유량에 따른 shell의 명확한 성분 및 두께 변화는 확인할 수 없었다. 반면 대기 중에서 공기와 급속으로 접촉시킨 나노크기 영가철의 경우는 TEM 분석 결과 shell 층이 확인되지 않았다. 4, 8, 12 mL/min의 유량으로 공기 접촉된 나노크기 영가철의 TCE 분해능($k_{obs}$= 0.111, 0.102, and 0.086 $hr^{-1}$) 또한 큰 차이를 보이지 않았으며, fresh한 나노크기 영가철에 비해서는 약 80%의 분해효율을 나타내었다. Fresh한 나노크기 영가철 및 4 mL/min과 급속으로 공기 접촉시킨 나노크기 영가철을 물속에서 1일 동안 물과 접촉시킨 후 분해능을 평가한 실험에서는 공기 접촉 후 바로 분해 실험한 것 보다 분해능이 모두 향상되었다. 이는 물과의 반응을 통해 shell 층이 벗겨져 순수한 Fe(0)와 TCE의 접촉이 빨라져서 일어난 결과로 판단되어진다. 또한 각각 1주일과 2달간 대기 중에서 방치한 후 분해 실험한 결과 공기 접촉 후 바로 분해 실험한 결과와 비교해서 분해능이 90%와 50%로 감소하였다. 따라서 본 연구결과 일정 유량으로 공기 접촉 시킨 나노크기 영가철은 대기 중 산소에 안정하기 때문에 실제 현장 적용에 유리할 것으로 판단된다. Experimental studies were conducted to characterize the synthesized nanoscale zero-valent iron (NZVI) which is resistant to oxidation in the atmospheric environment. XRD, XPS, and TEM analyses revealed that the oxidation-resistant NZVI particles formed under various controlled air contact conditions (4, 8 and 12 mL/min) have shells with ${\sim}$5 nm thickness. The shells consist of magnetite (${Fe_3}{O_4}$) and maghemite (${\gamma}-{Fe_2}{O_3}$), predominantly. No substantial differences were found in the shell components and thickness among NZVI particles formed under the various air flow rates. On the other hand, shell was not detected in the TEM image of rapidly oxidized NZVI particles. NZVI particles synthesized under the various air flow rates showed similar TCE degradation performances ($k_{obs}$= 0.111, 0.102, and 0.086 $hr^{-1}$), which are equivalent to approximately 80% of those obtained by the fresh NZVI particles. TCE degradation efficiencies of the NZVI particles(fresh, controlled air contact and rapidly oxidized) were improved after equilibrating with water for one day, indicating that depassivation of the shells occurred. The performances of NZVI particles decreased to 90% and 50% of those of the fresh NZVI particles, when they were equilibrated with the atmosphere for a week and two months, respectively. The NZVI particles synthesized under the controlled air contact would have advantages over traditional NZVI particles in terms of practical application into the site, because of their inertness toward atmospheric oxygen.

시멘트 구성성분을 이용한 시멘트/Fe(II)의 TCE 환원성 탈염소화 반응의 유효반응 성분 규명

정유연,김홍석,황인성,Jeong, Yu-Yeon,Kim, Hong-Seok,Hwang, In-Seong 한국지하수토양환경학회 2008 지하수토양환경 Vol.13 No.1

본 연구는 시멘트 구성성분 중 CaO, $Fe_2O_3$, $Al_2O_3$를 중심으로 하여 시멘트/Fe(II) 시스템에서 TCE의 환원성 탈염소화에 관여하는 유효반응성분을 규명하기 위하여 수행되었다. $Al_2O_3$를 함유하는 것으로 밝혀진 hematite($Fe_2O_3$)를 포함하는 hematite/CaO/Fe(II) 시스템에서 시멘트/Fe(II) 시스템과 유사한 TCE 분해능이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. Hematite/CaO/$Al_2O_3$/Fe(II) 시스템에서 $Al_2O_3$의 첨가량의 영향을 알아보는 실험을 수행한 결과 $Al_2O_3$:CaO의 비율이 1:10을 유지한 시스템에서 최고의 분해능(k = 0.895 $day^{-1}$)을 보이는 것으로 보아 1 : 10이 최적의 반응비율인 것을 알 수 있었다. SEM 분석 결과 시멘트/Fe(II) 시스템에서 나타났던 막대결정을 hematite/CaO/$Al_2O_3$/Fe(II) 시스템에서도 관찰할 수 있었다. 이러한 막대결정을 TCE 분해의 유효성분으로 추정하고 막대나 침상 결정으로 알려진 goethite와 ettringite를 유효성분 후보군으로 판단하였다. EDS element map을 살펴본 결과, 막대 결정은 Ca를 주성분으로 하고 있었기 때문에 Fe 성분을 다량 함유하고 있는 goethite를 배제하였다. 추가적으로 시멘트 수화반응 중 ettringite가 생성되는 과정을 재연한 실험 결과, ettringite가 생성되는 반응 중 혹은 생성 후에도 TCE 분해능이 발현되지 않았다. 이러한 결과를 바탕으로 하여 시멘트/Fe(II) 시스템의 유효반응성분은 CaO와 $Al_2O_3$를 주성분으로 하는 막대모양의 결정일 것으로 판단된다. Experimental studies were conducted to identify the active agents for reductive dechlorination of TCE in cement/Fe(II) systems focusing on cement components such as CaO, $Fe_2O_3$, and $Al_2O_3$. A hematite that was used to simulate an $Fe_2O_3$ component in cement was found to have degradation efficiencies (k = 0.641 $day^{-1}$) equivalent to that of cement/Fe(II) systems in the presence of CaO/Fe(II), only when it contained an aluminum impurity$(Al_2O_3)$. When the effect of $Al_2O_3$ content of hematite/CaO/$Al_2O_3$/Fe(II) system was tested, the mole ratio of $Al_2O_3$ to CaO affected the rate of TCE degradation with an optimum ratio around 1 : 10 that resulted in a rate constant of 0.895 $day^{-1}$. In the SEM images of hematite/CaO/$Al_2O_3$/Fe(II) systems, acicular crystals were also found that were also observed in cement/Fe(II) systems. Thus it was suspected that these crystals were reactive reductants and that they might be goethite or ettringite that are known to have acicular structures. An EDS element map analysis revealed that these crystals were not goethite crystals. A subsequent experiment that tested reactivities of compounds formed during the ettringite synthesis showed that ettringite and minerals associated with ettringite formation are not reactive reductants. These observations conclude that a mineral containing CaO and $Al_2O_3$ with a acicular structure could be a major reactive reductant of cement/Fe(II) systems.

시멘트/Fe(II) 및 hematite/Fe(II) 시스템의 TCE 분해반응 시 Ca 성분의 영향

김홍석,황경엽,안준영,이주영,황인성,Kim, Hong-Seok,Hwang, Kyung-Yup,Ahn, Jun-Young,Yi, Jou-Young,Hwang, In-Seong 한국지하수토양환경학회 2011 지하수토양환경 Vol.16 No.1

Reactive reductants of cement/Fe(II) systems in dechlorinating chlorinated hydrocarbons have not been identified. The previous studies showed that a hematite/CaO/Fe(II) system had TCE degradation characteristics similar to those of cement/Fe(II) systems with regard to degradation kinetics and that lime (CaO) plays an important role in enhancing the reactivity for TCE dechlorination. The current study shows identified the formation of gypsum ($CaSO_4$) in the hematite/CaO/$FeSO_4$ system through the XRD analysis. The amounts of the gypsum increased with increment of the initial CaO dose. However, when CaO in the hematite/CaO/$FeSO_4$ system was replaced with gypsum, TCE degradation was not observed. Ca-removed Portland cement extracts (CPCX) in combination with $FeSO_4(CPCX/FeSO_4)$ showed no TCE degradation. On the other hands, the Portland cement extracts (PCX) in the presence of $FeSO_4(PCX/FeSO_4)$ and CPCX/CaO/$FeSO_4$ systems degraded 0.2 mM TCE within 5 days, indicating that CaO also played an important role dechlorination reactions in the systems. The pseudo-first-order rate constants (k) of the CPCX/CaO/$FeSO_4$ systems were 0.20, 0.24, and 0.72 $day^{-1}$, when the CaO dosages were 25, 50 and 75 g/L, respectively. The XRD analyses showed identified the common peaks having the d-values of 3.02, 2.27, and 1.87 in the reaction systems that showed TCE degradation. However, it was not possible to clearly identify the crystalline minerals having the three peaks from the references in JCPDS cards. This study reveals that the reactive agents in the cement/Fe(II) and the hematite/Fe(II) systems are likely to be those containing CaO and Fe(II).

시멘트와 Fe(II)을 이용한 환원성 탈염소화반응의 유효반응성분 규명

김홍석,이유정,김하얀,황인성,Kim, Hong-Seok,Lee, Yu-Jung,Kim, Ha-Yan,Hwang, In-Seong 한국지하수토양환경학회 2006 지하수토양환경 Vol.11 No.6

본 연구는 시멘트/Fe(II) 시스템에서 TCE의 환원성 탈염소화에 관여하는 유효반응성분을 규명하기 위하여 수행되었다. 먼저 시멘트 자체에 존재하거나 혹은 그 수화물에 존재하는 성분을 다량 함유하고 있는 hematite(${\alpha}-Fe_2O_3$), lepidocrocite(${\gamma}$-FeOOH), akaganeite(${\beta}$-FeOOH), ettringite($Ca_6Al_2(SO_4)_3(OH)_{12}$)를 대상으로 TCE 분해실험을 수행하여 이러한 물질이 시멘트/Fe(II) 시스템에서 탈염소반응에 관여할 수 있는지 고찰한 결과, hematite가 잠재적 유효반응성분으로 선정되었다. 각 시스템의 반응속도상수를 비교해 본 결과 200 mM Fe(II)에 hematite와 CaO를 1 : 4(몰비)로 주입한 시스템($k\;=\;0.637\;day^{-1}$)이 기존의 cement와 Fe(II)을 이용한 경우($k\;=\;0.645\;day^{-1}$)와 가장 비슷한 동력학적 분해경향을 보인다는 것을 알 수 있었다. 처음에 pH 조절이 주목적으로 주입되었던 CaO 역시 분해반응에서 중요한 역할을 담당하는 것으로 나타났는데, CaO 첨가량이 증가할수록 hematite/CaO/Fe(II) 시스템의 분해능은 증가하다가 CaO 양이 일정 수준에 다다르면 증가세가 둔화되는 경향을 보여 주었다. SEM(Scanning Electron Microscopy) 분석을 통해서는 hematite/CaO/Fe(II) 시스템 내에서 분해능이 커질수록 육각형 판상의 결정이 새롭게 형성된다는 것을 확인 할 수 있었으며 이 결정은 portlandite, green rust($SO_4$), Friedel's salt 등일 가능성이 높은 것으로 판단되었다. 그리고 동일 시료의 XRD(X-Ray Diffraction) 분석을 통해서는 hematite, magnetite/maghemite, green rust($SO_4$)의 존재를 확인할 수 있었다. SEM 및 XRD 분석에서 공통적으로 나타나는 green rust($SO_4$)가 유효반응성분일 가능성이 높다고 판단되었다. Experimental study was conducted to identify the active agent for reductive dechlorination of TCE in cement/Fe(II) systems. Several potential materials-hematite (${\alpha}-Fe_2O_3$), lepidocrocite (${\gamma}$-FeOOH), akaganeite (${\beta}$-FeOOH), ettringite ($Ca_6Al_2(SO_4)_3(OH)_{12}$)-that are cement components or parts of cement hydrates were tested if they could act as reducing agents by conducting TCE degradation experiments. From the initial degradation experiments, hematite was selected as a potential active agent. The pseudo-first-order degradation rate constant ($k\;=\;0.637\;day^{-1}$) for the system containing 200 mM Fe(II), hematite and CaO was close to that ($k\;=\;0.645\;day^{-1}$) obtained from the system containing cement and 200 mM Fe(II). CaO, which was originally added to simulate pH of the cement/Fe(II) system, was found to play an important role in degradation reactions. The reactivity of the hematite/CaO/Fe(II) system initially increased with increase of CaO dosage. However, the tendency declined in the higher CaO dosage region, implying a saturation type of behavior. The SEM analysis revealed that the hexagonal plane-shaped crystals were formed during the reaction with increasing degradation efficiency, which was brought about by increasing the CaO dosage. It was suspected that the crystals could be portlandite or green rust ($SO_4$) or Friedel's salt. The XRD analysis of the same sample identified the peaks of hematite, magnetite/maghemite, green rust ($SO_4$). Either instrumental analysis predicted the presence of the green rust ($SO_4$). Therefore, the green rust ($SO_4$) would potentially be a reactive agent for reductive dechlorination in cement/Fe(II) systems.

간암절제후 장기생존한 38예에 대한 분석

황인성(In Sung Hwang),홍성우(Seong Woo Hong),나양원(Yang Won Nah),장여구(Yeo Gu Jang),김기훈(Ki Hoon Kim),이혁상(Hyucksang Lee) 한국간담췌외과학회 2000 한국간담췌외과학회지 Vol.4 No.2

Coprostanol을 포함한 지하수 수질분석을 통한 매립지 침출수의 지하수 침투 가능성 평가

박성열 ( Seong Yeol Park ),김홍석 ( Hong Seok Kim ),황경엽 ( Kyung Yup Hwang ),황인성 ( In Seong Hwang ) 한국환경분석학회 2009 환경분석과 독성보건 Vol.12 No.1

개질된 Nanoscale Zero-Valent-Iron을 이용한 질산성질소 처리

김홍석 ( Hong Seok Kim ),안준영 ( Jun Young Ahn ),황경엽 ( Kyung Yup Hwang ),박주양 ( Joo Yang Park ),황인성 ( In Seong Hwang ) 대한상하수도학회 2009 상하수도학회지 Vol.23 No.4

나노영가철의 특성 및 질산성질소 처리효율 비교

김홍석 ( Hong Seok Kim ),김태호 ( Tae Ho Kim ),황경엽 ( Kyung Yup Hwang ),박주양 ( Joo Yang Park ),황인성 ( In Seong Hwang ) 한국물환경학회 ( 구 한국수질보전학회 ) 2010 공동 추계학술발표회 Vol.2010 No.-

고분자 막에 고정화된 나노영가철을 이용한 질산성질소 처리

김홍석 ( Hong Seok Kim ),안준영 ( Jun Young Ahn ),황경엽 ( Kyung Yup Hwang ),박주양 ( Joo Yang Park ),황인성 ( In Seong Hwang ) 한국물환경학회 ( 구 한국수질보전학회 ) 2008 공동 추계학술발표회 Vol.2008 No.-

KSTAR 전력계통 안정화를 위한 무효전력보상 및 고조파 필터 시스템 설계

홍성록(Seong-Lok Hong),공종대(Jong-Dae Kong),황인성(In-Sung Hwang),엄대영(Dae-Young Eom),김양수(Yaung-Soo Kim),박병주(Byung-ju Park),유항규(Hang-Kyu Yoo) 대한전기학회 2009 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2009 No.7

KSTAR(Korea Superconducting Tokamak Advanced Reseach)장치는 차세대핵융합연구장치로써 30개의 초전도자석으로 구성된다. 이 초전도자석에 전원을 공급하게 되는 PF (Poloidal Field) MPS (Magnet Power Supply)는 12상 Pulse 운전을 하게 되는데 이때 h=kp±1의 특성고조파와 90%에 가까운 무효전력이 발생되어 KSTAR 전력계통과 인근 부하장치에 치명적인 영향을 줄 수 있어 고조파와 무효전력을 동시에 보상할 수 있는 최적의 무효전력보상장치의 도입은 필연적이다. 본 논문에서는 KSTAR 1st Plasma 실험시의 무효전력과 고조파를 저감하기 위해 설치했던 즉, 1단계 기계식 스위칭에 의한 RPC(Reactive power compensator)의 보상특성의 평가결과를 기반으로 KSTAR 2009년 Plasma 실험에 대비하여 이의 운전특성과 설치 공간에 따르는 제약 등을 고려하여 최적의 RPC 설계를 도출하기 위해 실시한 TSC(Thyristor Switch Capacitor)기반의 RPC[1] 모의해석 결과와 기술적 사항을 소개하고자 한다.