Secondary Growth of Sodium Type Faujasite Zeolite Layers on a Porous $\alpha-Al_2O_3$ Tube and the $CO_2/N_2$ Separation

조철희,여정구,안영수,한문희,김용하,현상훈,Cho, Churl-Hee,Yeo, Jeong-Gu,Ahn, Young-Soo,Han, Moon-Hee,Kim, Yong-Ha,Hyun, Sang-Hoon The Membrane Society of Korea 2007 멤브레인 Vol.17 No.3

다양한 재료특성(Si/Al 몰비, 두께, 구조적 불완전성)을 갖는 Na형 faujasite 제올라이트 분리층을 다공성 $\alpha$-알루미나 튜브 표면에 수열조건에서 이차성장 시키고 $CO_2/N_2$ 분리거동을 $CO_2/N_2$ 몰비가 1인 혼합기체에 대하여 $30^{\circ}C$에서 평가하였다. 수열조건 중에서 수열용액 내의 $SiO_2$ 양은 형성된 제올라이트 분리층의 재료특성에 가장 큰 영향을 주는 변수임을 확인하였다. 즉, 수열용액 내의 $SiO_2$ 양이 증가함에 따라서 형성된 제올라이트 분리층의 Si/Al 몰비, 두께, 구조적 불완전성(discontinuity)은 동시에 증가하였다. 본 논문에서는 불완전한 치밀화에 의해 잔존하는 결정립간 공극(void), GIS Na-P1 상에 의해 형성된 균열(crack) 등 구조적 불완전성이 $CO_2/N_2$ 분리에 가장 큰 영향을 주는 재료특성이며, 투과부에서의 $CO_2$ 탈착이 전체 $CO_2$ 투과의 율속단계(rate-determining step)임을 확인하였다. Sodium type faujasite(FAU) zeolite layers with diverse materials characteristics(Si/Al ratio, thickness, and structural discontinuity) were hydrothermally grown on a porous $\alpha-Al_2O_3$ tube, and then the $CO_2/N_2$ separation was evaluated at $30^{\circ}C$ for an equimolar mixture of $CO_2$ and $N_2$. Among hydrothermal conditions, $SiO_2$ content in hydrothermal solution seriously affected materials characteristics: with an increment in the $SiO_2$ content, Si/Al ratio, thickness, and structural discontinuity of grown FAU zeolite layer simultaneously increased. The present study reveals that structural discontinuity(intercrystalline voids due to an incomplete densification and cracks induced by GIS Na-P1 phase) is the most important variable affecting the $CO_2/N_2$ separation. Also, it was suggested that the $CO_2$ desorption in permeate side be the rate-determining(slowest) step in the overall $CO_2$ permeation.

열가수분해 및 수열결정화에 의한 구형 ZrO₂ 분말의 합성

조철희,김명희,최재영,김도경,Cho, Churl-Hee,Jin, Ming-Ji,Choi, Jae-Young,Kim, Do-Kyung 한국세라믹학회 2002 한국세라믹학회지 Vol.39 No.4

가열가수분해반응에 의하여 제조된 구형의 $ZrO_2$ 겔을 수열결정화시켜 순수한 $ZrO_2$ 분말과 $Y2_O_3$, CaO 등 상안정화제가 도핑된 $ZrO_2$ 분말을 합성하였다. 합성된 $ZrO_2$ 결정분말들은 평균 10nm 크기의 일차 입자들로 구성된 이차입자들이었다. 이차입자의 평균 크기는 $0.4{\mu}m$였고, 수열결정화과정에서 겔의 구형 형상이 그대로 유지되었으며 일차 입자들 사이에는 약한 응집으로 존재하였다. 입자모양, 크기, 상분율, 도핑된 분율 등을 SEM, TEM, XRD, ICP로 연구하였고 구형 겔의 수열결정화기구를 논의하였다. $ZrO_2$, $Y_2O_3$-doped $ZrO_2$ and CaO-doped $ZrO_2$ powders were prepared by hydrothermal crystallizing spherical $ZrO_2$ gel which had been synthesized by thermal hydrolysis reaction. After the hydrothermal crystallization process, the formed crystallized powders sustained its original spherical shape and had the mean particle size of $0.4{\mu}m$. The particles were composed of about 10nm sized primary particles. The agglomeration strength between the primary particles appears very weak considering that the spherical particles were broken into the primary particles during the pressing process. The particle shape, size, phase fraction and dopant content were analyzed and crystallization mechanism of spherical gel was discussed.

A Simultaneous Improvement in $CO_2$ Flux and $CO_2/N_2$ Separation Factor of Sodium-type FAU Zeolite Membranes through 13X Zeolite Beads Embedding

조철희,여정구,안영수,한문희,문종호,이창하,Cho, Churl-Hee,Yeo, Jeong-Gu,Ahn, Young-Soo,Han, Moon-Hee,Moon, Jong-Ho,Lee, Chang-Ha The Membrane Society of Korea 2007 멤브레인 Vol.17 No.3

분리층 두께가 5${\mu}m$이며 Si/Al 몰비가 1.5인 Na형 faujasite 제올라이트 분리막을 이차성장 공정에 의하여 제조하였고, 투과부에 13X 제올라이트 흡착제 충진 전후의 진공모드에서의 $CO_2/N_2$ 분리거동을 $CO_2/N_2$ 몰비가 1인 혼합기체에 대하여 $30^{\circ}C$에서 평가하였다. 충진된 13X 제올라이트 흡착제는 $CO_2$ 투과도와 $CO_2/N_2$ 선택도를 동시에 증진시켰다. 이 현상은 13X 제올라이트 흡착제 충진이 다공성 $\alpha$-알루미나 지지체의 기공채널을 통한 $CO_2$ 탈출을 증진시킴으로써 faujasite 제올라이트/$\alpha$-알루미나 상계면에서의 $CO_2$ 탈착을 증진시켰기 때문으로 설명되었다. 본 논문으로부터 흡착제와 분리막의 혼성화는 일반적으로 보여지는 선택도와 투과도의 역비례 관계를 획기적으로 개선할 방법임이 확인되었다. Sodium type faujasite(FAU) zeolite membranes with a thickness of 5${\mu}m$ and a Si/Al molar ratio of 1.5 were prepared by the secondary growth process. The $CO_2/N_2$ separation in the vacuum mode was investigated at $30^{\circ}C$ for an equimolar $CO_2-N_2$ mixed gas before and after embedding 13X zeolite beads in the permeate side. The embedded 13X zeolite beads improved both $CO_2$ permeance and $CO_2/N_2$ separation factor, simultaneously. The phenomenon was explained by an increment in the $CO_2$ desorption rate at the FAU zeolite/$\alpha-Al_2O_3$ phase boundary due to an enhanced $CO_2$ escaping through the pore channels of the $\alpha-Al_2O_3$ support layer. In the present paper, it will be emphasized that a hybridization of a membrane with an adsorbent can provide a key to break through the trade-off between permeance and separation factor, generally shown in a membrane separation.

세라믹섬유지를 사용한 허니컴 흡착소자 제조 및 VOC 흡착특성

유윤종,조철희,김홍수,안영수,한문희,장건익,Yoo, Yoon-Jong,Cho, Churl-Hee,Kim, Hong-Soo,Ahn, Young-Soo,Han, Moon-Hee,Jang, Gun-Eik 한국세라믹학회 2002 한국세라믹학회지 Vol.39 No.11

세라믹섬유지에 VOC 흡착특성이 우수한 제올라이트-Y와 ZSM-5를 담지시키기 위하여 바인더로 사용된 실리카 졸의 첨가량 변화에 따른 흡착제의 표면고착특성을 고찰하였다. 세라믹섬유지에 담지된 제올라이트는 입자가 고르게 분산되어 31 wt% 정도가 고착되었으며, X-ray 회절분석결과 담지 후 열처리와 바인더의 사용에도 불구하고 제올라이트는 원래의 결정구조를 유지하였다. 담지된 제올라이트의 비표면적 감소는 메조포어의 감소에 따른 것으로, VOC 흡착에 가장 유효한 $20{\AA}$ 미만의 마이크로포어에는 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다. 세라믹섬유지로 제조한 직경 10cm, 길이 40cm의 허니컴에 제올라이트를 담지시켜 톨루엔, MEK, Cyclohexanone에 대한 흡착실험결과 흡착제거효율이 모두 97% 이상으로 나타났으며, 회전식 흡착농축장치에 적용할 경우 VOC 농도 300 ppmv의 오염공기를 $42 Nm^3/h$ 정도 연속적으로 처리할 수 있는 흡착특성을 나타내었다. The adhesion characteristics of adsorbent during impregnation of Y-type and ZSM-5type zeolites into ceramic paper were analyzed, as the amount of silica sol in slurry for impregnation was varied. 31 wt% of zeolite particle, which is useful for VOC adsorption, was evenly dispersed and adhered on ceramic paper and original crystal structure of the zeolite remained unchanged even after binder application and heat treatment. Surface area of the impregnated ceramic paper was decreased compared with that of zeolite powder. And it was found to be attributed to the reduction of volume of mesopore while the volume of micropore under $20{\AA}$ was unchanged. Zeolite-impregnated honeycomb cylinder, whose diameter and length were 10 cm and 40 cm, respectively, was subjected to adsorption/desorption test with respect to toluene, MEK, cyclohexanone. All of the VOC's were removed by adsorption with efficiency higher than 97% and from the static adsorption test, $42 Nm^3/h$ of 300 ppmv-VOC-laden air was calculated be treated continuously, when the honeycomb was used in an adsorptive rotor system.

무선 랜의 효율적인 다중억세스 프로토콜에 대한 연구

서주하,조철희,Seo, Ju-Ha,Cho, Churl-Hee 한국정보처리학회 1995 정보처리논문지 Vol.2 No.3

이 논문은 실내용 무선 랜의 효율적인 전송 스케줄에 대한 것이다. 제안한 방법 은 대역폭의 재사용으로 전송 지연을 상당히 감소시켰으며 사용도를 크게 증가시켰다. 이 논문은 무선 랜의 구조 소개와 대역폭 재사용을 이용한 SSA 알고리즘을 서술하였고 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 결과를 제시하였다. In this paper, we propose an efficient transmission schedule which can be used in indoor wireless LAN. It reduces considerably the time delay and increases the throughput by reusing the bandwidth. We describe the architecture of the wireless LAN, the algorithm of step-by-step allocation of time slot reusing the resource and the results of the computer simulation.

종결정 코팅층이 다공성 ${\alpha}$-알루미나 지지체 표면에 성장되는 NaA 제올라이트 분리층의 미세구조에 미치는 영향

김민지,한문희,조철희,Kim, Min-Ji,Sharma, Pankaj,Han, Moon-Hee,Cho, Churl-Hee 한국막학회 2014 멤브레인 Vol.24 No.5

본 연구에서는 종결정 코팅층이 NaA 제올라이트 분리막 형성에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. NaA 제올라이트 분리막은 평균입경 100 nm 종결정을 다공성 ${\alpha}$-알루미나 표면에 진공여과 코팅하고 $100^{\circ}C$에서 24시간 수열처리하여 합성되었다. 이때 지지체 표면에 분포된 종결정 양을 조절한 후 형성된 NaA 제올라이트 분리층의 두께와 결정입 크기 등 미세구조에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 종결정 코팅 양은 지지체를 통과한 종결정 수용액의 여과 양을 조절하여 제어하였다. 종결정을 단일층으로 코팅한 후 합성하였을 경우, 코팅 양이 증가함에 따라 분리층 단면에서의 두께와 균일도는 증가하였으며, 표면에서의 결정입 크기는 감소하면서 균일도는 증가하였다. 반면, 종결정을 다층으로 코팅한 후 합성하였을 경우, 균일한 분리층을 형성하였지만 단일층으로 코팅된 경우에 비하여 불균일하였으며 두꺼운 분리층이 형성되었다. 균일하고 초박형의 결함이 없는 제올라이트 분리층을 형성하기 위해서는 종결정을 균일하고 단일층으로 코팅하여야 함을 알 수 있었다. 본 연구로부터 종결정의 코팅 상태가 이차성장에 의한 NaA 제올라이트 분리층의 미세구조를 결정하는 중요한 인자임을 확인할 수 있었다. NaA zeolite/${\alpha}$-alumina composite membranes were hydrothermally synthesized at $100^{\circ}C$ for 24 hr by using nanosize seed of 100 nm in diameter and an ${\alpha}$-alumina support of $0.1{\mu}m$ in pore diameter, and then effect of seed coating layer on the microstructure of NaA zeolite separation layer was systematically investigated. In cases when nanosize seed was coated with a monolayer, increment in seed coverage induced small grained and thick NaA zeolite separation layer. On the other hand, in case when nanosize seed was coated with a multilayer, much small grained and thick separation layer was formed. It was clear that an uniform monolayer seed coating is required to grow hydrothermally a thin and defect-free NaA zeolite separation layer. In the present study, it was clearly announced that seed coating layer is a key factor to determine the microstructure of NaA zeolite layer, secondary grown on a porous support.

[신과학에 대하여] 청정 환경을 위한 나노 소재

안영수(Young-Soo Ahn),조철희(Churl-Hee Cho) 한국자동차공학회 2003 오토저널 Vol.25 No.5

정보통신 : 무선 랜의 효율적인 다중억세스 프로토콜에 대한 연구

서주하(Seo Ju Ha),조철희(Cho Churl Hee) 한국정보처리학회 1995 정보처리학회논문지 Vol.2 No.3

이 논문은 실내용 무선 랜의 효율적인 전송 스케쥴에 대한 것이다. 제안한 방법은 대역폭의 재사용으로 전송 지연을 상당히 감소시켰으며 사용도를 크게 증가시켰다. 이 논문은 무선 랜의 구조 소개와 대역폭 재사용을 이용한 SSA 알고리즘을 서술하였고 컴퓨터 시뮬레이션을 통한 결과를 제시하였다. In this paper, we propose an efficient transmission schedule which can be used in indoor wireless LAN. It reduces considerably the time delay and increases the throughput by reusing the bandwidth. We describe the architecture of the wireless LAN, the algorithm of step-by-step allocation of time slot reusing the resource and the results of the computer simulation.

LSC/GDC (50 : 50 vol%) 활성층이 LSCF/GDC (20 : 80 vol%) 복합 분리막의 산소투과 거동에 미치는 영향

차다솜,유충열,주종훈,유지행,한문희,조철희,Cha, Da-Som,Yoo, Chung-Yul,Joo, Jong Hoon,Yu, Ji Haeng,Han, Moon-Hee,Cho, Churl-Hee 한국막학회 2014 멤브레인 Vol.24 No.5

본 연구에서는 LSCF/GDC (20 : 80 vol%) 복합 분리막 표면에 LSC/GDC (50 : 50 vol%) 활성층을 코팅한 후 활성층의 열처리 온도, 두께, 침투법을 이용한 STF 도입이 산소투과 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. 활성층 도입은 복합 분리막의 산소 투과 유속을 급격히 증진시켰으며 이는 활성층 성분인 LSC/GDC (50 : 50 vol%)가 전자 전도성 및 표면 산소 분해 반응을 증진시켰기 때문이었다. 활성층의 열처리 온도가 $900^{\circ}C$에서 $1000^{\circ}C$로 증가한 경우, 산소 투과 유속은 증가하였고 이는 분리막과 활성층 사이 그리고 활성층의 결정입간 접촉이 증진하여 산소이온과 전자 흐름을 증진시켰기 때문으로 설명되었다. 코팅층의 두께가 약 $10{\mu}m$에서 약 $20{\mu}m$로 증가한 경우, 산소 투과 유속은 오히려 감소하였는데 이는 코팅층의 두께가 증가할수록 기공을 통한 공기 중의 산소 유입이 어려워지기 때문으로 설명되었다. 또한, 코팅층에 침투법을 이용하여 STF를 도입한 경우가 STF를 도입하지 않은 경우 보다 높은 산소 투과 유속을 보였는데 이는 도입된 STF가 산소 분해하는 표면 반응 속도를 촉진시키기 때문이다. 본 연구로부터 LSC/GDC (50 : 50 vol%) 활성층 코팅 및 특성 제어는 LSCF/GDC (20 : 80 vol%) 복합 분리막의 산소투과 증진에 매우 중요함을 확인하였다. In the present study, disc-type LSCF/GDC (20 : 80 vol%) dual-phase membranes having porous LSC/GDC (50 : 50 vol%) active layers were prepared and effect of active layers on oxygen ion transport behavior was investigated. Introduction of active layers improved drastically oxygen flux due to enhanced electron conductivity and oxygen surface exchange activity. As firing temperature of active layer increased from $900^{\circ}C$ to $1000^{\circ}C$, oxygen flux increased due to improved contact between membrane and active layer or between grains of active layer. The enhanced contact would improve oxygen ion and electron transports from active layer to membrane. Also, as thickness of active layer increased from 10 to $20{\mu}m$, oxygen flux decreased since thick active layer rather prevented oxygen molecules diffusing through the pores. And, STF infiltration improved oxygen flux due to enhanced oxygen reduction reaction rate. The experimental data announces that coating and property control of active layer is an effective method to improve oxygen flux of dual-phase oxygen transport membrane.

습식 화학 공정에 의한 태양전지로부터 고순도 실리콘 회수 및 이를 이용한 태양전지 재제조

노민호,이준규,안영수,여정구,이진석,강기환,조철희,Noh, Min-Ho,Lee, Jun-Kyu,Ahn, Young-Soo,Yeo, Jeong-Gu,Lee, Jin-Seok,Kang, Gi-Hwan,Cho, Churl-Hee 한국재료학회 2019 한국재료학회지 Vol.29 No.11

In this study, using a wet chemical process, we evaluate the effectiveness of different solution concentrations in removing layers from a solar cell, which is necessary for recovery of high-purity silicon. A 4-step wet etching process is applied to a 6-inch back surface field(BSF) solar cell. The metal electrode is removed in the first and second steps of the process, and the anti-reflection coating(ARC) is removed in the third step. In the fourth step, high purity silicon is recovered by simultaneously removing the emitter and the BSF layer from the solar cell. It is confirmed by inductively coupled plasma mass spectroscopy(ICP-MS) and secondary ion mass spectroscopy(SIMS) analyses that the effectiveness of layer removal increases with increasing chemical concentrations. The purity of silicon recovered through the process, using the optimal concentration for each process, is analyzed using inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy(ICP-AES). In addition, the silicon wafer is recovered through optimum etching conditions for silicon recovery, and the solar cell is remanufactured using this recovered silicon wafer. The efficiency of the remanufactured solar cell is very similar to that of a commercial wafer-based solar cell, and sufficient for use in the PV industry.