염화아연(ZnCl₂) 부활법에 의해 제조한 목재 활성탄의 특성

권구중,권성민,김남훈,Kwon, Gu-Joong,Kwon, Sung-Min,Kim, Nam-Hun 강원대학교 산림과학연구소 2007 Journal of Forest Science Vol.23 No.1

본 연구는 염화아연을 이용한 화학약품 부활법으로 잣나무재 활성탄을 제조하기 위해 원료에 대한 화학약품부활제 비율의 영향을 검토하였다. 염화아연과 혼합한 목분은 질소분위기에서 상온에서 $600^{\circ}C$까지 1시간 열처리하여 중량변화를 측정하였다. 이 처리과정에 있어 활성탄 내부에 다양한 공극크기 분포와 표면특성이 확인되었다. 즉, 최대 BET 표면적과 총 공극체적은 목분에 대하여 염화아연의 비율이 5배인 경우였으며, 각각 그 값은 $1468m^2/g$와 1.74 cc/g이었다. 결론적으로 활성탄 제조시 화학약품부활제의 비율에 의해 활성탄의 특성이 뚜렷하게 차이가 나타나는 것이 확인되었다. The effect of ratio between chemical activating agent and raw material in the preparation of activated carbons from wood has been studied. Pinus koraiensis wood and zinc chloride ($ZnCl_2$) were used for materials in this study. Mixtures of wood and zinc chloride were heated under nitrogen flow in the temperature ranging from room-temperature to $600^{\circ}C$ for 1 hr using thermogravimetric technique. During heat treatment, activated carbons with various pore size and specific surface properties were obtained. The maximum BET surface area and total pore volume were $1468m^2/g$ and 1.74 cc/g, respectively, at the mixture ratio of 1 (wood powder) to 5 ($ZnCl_2$). It can be concluded that the differences in the properties of the activated carbons were related significantly with the ratio of chemical activating regent.

홀로셀룰로오스 에어로겔의 특성

권구중 ( Gu Joong Kwon ),김대영 ( Dae Young Kim ),김남훈 ( Nam Hun Kim ) 한국목재공학회 2010 목재공학 Vol.38 No.3

This study was carried out to investigate the characterization of aerogel made by holocellulose, the thermal properties of the aerogel, and its shapes and porous structures. The aerogel was made by holocellulose through the gelation in alkali hydroxide-urea solution and freeze drying processes. Holocellulose aerogel had porous structure such as net or sponge. The density of holocellulose aerogel was 0.04 g/cm3, and the specific surface area 145.3 m2/g. Although thermal degradation occurred in the range of 210∼350°C, significant thermal degradation occurred at low temperature with low heating rate, Micropore volume was sharply increased with low heating rate. Holocellulose aerogel char obtained by carbonization with 900°C and 0.5°C/min. heating rate had the highest surface area, 656.7 m2/g. The deformed and irregular structures of holocellulose aerogel chars due to the thermal degradation were observed in SEM.

폐열에너지를 활용한 친환경건조시스템 개발

권구중 ( Gu Joong Kwon ),권성민 ( Sung Min Kwon ),장재혁 ( Jae Hyeok Jang ),황원중 ( Won Joung Hwang ),김남훈 ( Nam Hun Kim ) 한국목재공학회 2011 목재공학 Vol.39 No.6

This study was preformed to investigate the characteristics of the green drying system for utilizing heat wasted during carbonization process. The green drying system utilizing waste heat is one of environment-friendly equipments because it needs no other energies from fossil fuel and etc. In this study, waste heat from three kilns was collected by stainless connection pipe, and in the green drying system the temperature and humidity was hardly changed. Charcoal charecteristics as fixed carbon, refining degree, hardness, pH, calorific value, and charcoal yield were analyzed to investigate kiln performance due to installation of green drying system. As a result, the green dry system installation hardly affected the characteristics of charcoal. In conclusion, the green drying system can be applied to maximize the profit of the farm household income and contribute to reduce fossil energy.

숙련공에 의한 목탄제조과정 중 전통식 탄화로 내의 온도변화 (Ⅰ)

권구중(Gu-Joong Kwon),박형수(Hyung-Soo Park),이성재(Sung-Jae Lee),권성민(Sung-Min Kwon),이귀현(Gwi-Hyun Lee),김남훈(Nam-Hun Kim) 한국산림바이오에너지학회 2008 산림바이오에너지 Vol.27 No.1

숙련자에 의한 목탄제조과정 중 전통식 탄화로내의 온도변화와 목탄의 수율을 조사하였다. 온도 측정에는 플라티늄을 원료로한 R형의 열전지와 니켈을 원료로한 K형의 열전지를 이용하였다. R형의 온도측정범위는 0∼1600℃, K형은 0∼1200℃로 탄화로 내부는 R형을, 굴뚝부위는 K형을 사용하여 온도를 측정하였다. 탄화과정은 5일에서 6일 정도가 소요되었다. 탄재의 착화시 탄화로 내부의 온도는 약 700∼800℃였고 연통부위 온도는 약 80∼90℃였다. 목초액을 얻는 동안의 탄화로 내부온도는 약 600℃였고 굴뚝부위는 약 80∼90℃였다. 정련단계에 이르기까지 탄화로 내부온도는 증가하여 정련단계에서는 900∼1100℃의 고온에 달하였다. 정련단계에서 굴뚝의 온도도 크게 올라 약 600℃에 달하였다. 목탄의 수율은 9.8∼12.3%였다. 본 연구에서 전통식 탄화로를 이용한 숙련자의 목탄제조 과정 중의 온도변화 경과곡선과 목탄의 수율이 밝혀졌다. 얻어진 온도변화 경과곡선은 초심자의 제탄과정에서 지표의 하나로 이용될 수 있을 것이다. This study was performed to investigate the variation of temperature in a Korean traditional kiln controlled by an expert during carbonization process of wood. The yield of charcoal was also investigated. Two kinds of thermocouples, R-type and K-type, were used for measuring temperatures. Temperature tolerance of the R-type thermocouple prepared from platinum was from 0℃ to 1600oC and that of K-type thermocouple prepared from Nickel was from 0℃ to 1200℃. R-type was used for measuring temperature in the kiln while the K-type for measuring temperature in chimney. In this traditional kiln system, carbonization process was completed in five to six days. In the kiln, the ignition temperature was ranged from 700℃ to 800℃. During gathering wood vinegar, the temperature was kept around 600℃. And then the temperature were increased gradually prior to be refined. Finally, the temperature in refining process was reached to maximum point, 1000±10℃. In the chimney, the temperature was increased gradually from ca. 80℃ at ignition to ca. 600℃ at refining. The yield of wood charcoal was 9.8 to 12.3%. In this study, we showed the temperature profile through carbonization process in the traditional kiln and the yield of wood charcoal. The temperature profile can be used for beginner during carbonization process as a guideline.

거대억새(Miscanthus sinensis var. purpurascens)를 이용하여 제조된 식생기반재의 특성

권구중 ( Gu Joong Kwon ),김은지 ( Eun Ji Kim ),박희준 ( Hee Jun Park ),김대영 ( Dae Young Kim ) 한국목재공학회 2014 목재공학 Vol.42 No.1

The characteristic of vegetation mat prepared from miscanthus, waste wood chip, perlite and pulp slurry was investigated. The pore rate was increased with amount of pulp slurry. The hydraulic conductivity decreased with the amount of miscanthus in the condition mixed with each other raw materials. With the miscanthus amount, the soil hardness was increased. The peel strength decreased with the mount of miscanthus amount in all case. Hydrogen ion concentration (pH) was the overall alkaline. The MOR of miscanthus based vegetation mat was decreased with the amount miscanthust.

양액재배용 목재고형배지의 이화학적 특성과 작물생육 특성

권구중 ( Gu Joong Kwon ),양지욱 ( Ji Wook Yang ),박효섭 ( Hyo Sub Park ),조준형 ( Joon Hyeong Cho ),김대영 ( Dae Young Kim ) 한국목재공학회 2015 목재공학 Vol.43 No.3

This study examined the plant growth and development characteristics of leafy vegetables on the hydroponic substrates of waste wood chips, radiate pine chips, and mat type of waste wood chips. The bulk density of waste wood chips and radiata pine chips were 0.2 g/cm3 and 0.16 g/cm3, respectively. The moisture retention properties of both the radiata pine chips and waste wood chips were found to be similar but not better than those of the control rock wool and coco peat hydroponic substrates. The moisture retention property of the mat type was found to be the lowest. The chemical analysis of waste wood hydroponic substrates (w/v) was as follows.; The pH was 6.59, electric conductivity was 6.76 dS/m, total nitrogen content was 0.5%, C/N ratio was 113%, phosphorus was 10.1 ppm, potassium was 77 ppm, calcium was 531 ppm, magnesium was 49 ppm, and sodium was 96 ppm. The results from the radiata pine chemical analysis showed that it had a pH of 5.29, electric conductivity of 4.49 dS/m, total nitrogen content of 0.32%, C/N ratio of 180%, phosphorus of 6.4 ppm, potassium of 83 ppm, calcium of 97 ppm, magnesium of 29 ppm, and sodium of 59 ppm. Except for the plants grown in mat type, the developmental characteristics of the plants grown in rock wool and coco peat hydroponic substrates were similar. Based on the results of the experiment, waste wood resources may possibly be used as an organic solid medium in place of the existing rock wool and coco peat medium.

개량형탄화로를 이용한 제탄과정 중 탄화로 내,외벽 온도변화 및 목탄 특성

권구중 ( Gu Joong Kwon ),권성민 ( Sung Min Kwon ),장재혁 ( Jae Hyuk Jang ),황원중 ( Won Joung Hwang ),김남훈 ( Nam Hun Kim ) 한국목재공학회 2011 목재공학 Vol.39 No.3

The study was performed to investigate the characteristics of charcoal and temperature change of a kiln`s inner and outer walls in carbonization process using improved kiln. In this kiln system, carbonization process was completed in eight days In the kiln, the ignition temperature was kept about 720°C And then the temperature were increased gradually prior to be refined. Finally, the temperature in refining process was reached to maximum point, 1,000°C In the chimney, the temperature was increased gradually from 90°C at ignition to 750°C at refining. The temperature change of the kiln wall resembles a temperature change progress curve during a carbonization process The highest temperature of the kiln wall that appeared hy a carbonization process was around 500°C As a result of having measured an inner wall and the outer wall of the kiln using an infrared thermography camera, it was judged with there being considerable latent heat on kiln wall and ceiling. Fixed carbon contented of charcoal was 85.9~89.9%. Refining degree of charcoal, hardness, calorific value and pH were I, 12, 7,047- 7,456 kcal/kg, 9.0~9.9, respectively. The yield of wood charcoal was 138% and compared to conventional kiln`s yield increased 1.5%.

공융용매 처리 후 초음파 처리로 제조된 나노셀룰로오스 특성

권구중 ( Gu-joong Kwon ),박찬우 ( Chan-woo Park ),한송이 ( Song-yi Han ),박지수 ( Ji-soo Park ),이은아 ( Eun-ah Lee ),김정기 ( Jeong-ki Kim ),김남훈 ( Nam-hun Kim ),이승환 ( Seung-hwan Lee ) 한국목재공학회 2020 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.1

고출력 초음파처리는 다양한 셀룰로오스 원료로부터 세포벽 구조를 파괴하여 미세섬유화할 수 있는 처리 방법으로 알려져 있다. 공융용매(Deep eutectic solvent, DES) 전처리한 침엽수 크라프트 펄프로부터의 나노셀룰로오스 제조에 있어서 초음파 처리의 효과를 조사하였다. DES 전처리는 choline chloride와 lactic acid를 1:1의 몰비로 혼합하여, 다양한 조건에서 실시하였다. DES 전처리에 의한 고형분 수율은 전처리 온도와 시간의 증가와 함께 감소하였지만, 결정화도는 증가하는 경향을 보였다. 초음파 처리는 3cm 직경의 원통형 티타늄 프로브가 장착된 고강도 초음파 발생기 (Fisher Scientific, Sonic dismembrator, 모델 550W)를 사용하여 20kHz 주파수를 이용하였다. 100℃ 조건으로 DES처리한 시료를 이용하여 1시간동안 실시하였다. 초음파 처리에 의하여 DES처리 전과 후의 샘플로부터 폭은 20-30nm정도를 나타냈으나 길이는 DES 처리 후 ~300nm의 비율이 높았으며 무처리 샘플은 900~nm의 비율이 높았다. 나노셀룰로오스의 결정화도는 DES전처리 시간이 증가할수록 감소하였다.

ChCl/urea 공융용매 전처리가 신갈나무재의 화학적 특성에 미치는 영향

권구중 ( Gu-joong Kwon ),박지수 ( Ji-soo Park ),양봉숙 ( Bong-suk Yang ),이은아 ( Eun-ah Lee ),박찬우 ( Chan-woo Park ),한송이 ( Song-yi Han ),김남훈 ( Nam-hun Kim ),이승환 ( Seung-hwan Lee ) 한국목재공학회 2019 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.2

공융용매 (Deep eutectic solvents, DES)는 수소결합 수용체와 수소결합 공여체로 구성된 용매로서, 혼합 시 강한 수소결합 상호작용으로 공용 혼합물을 형성하는 용매를 말한다. 이러한 공용용매는 각각의 성분보다 낮은 융점을 가지며, 제조용이성, 저가의 원재료, 생체이용 가능성, 저독성, 친환경성인 장점이 있어 다양한 응용 분야에서 유망한 용매로 주목받고 있다. 특히 목재 기반 펄프 산업에서 펄프화공정에 사용하는 가혹한 조건을 회피할 수 있는 대안으로 관심을 끌고 있다. 본 연구는 신갈나무를 이용하여 Choline chloride(ChCl)/Urea(U)를 몰비 (1:2)로 혼합한 공융용매를 이용하여 처리온도(100℃, 140℃)와 처리 시간(2, 6, 12, 24시간)이 구성성분 변화에 미치는 영향을 조사하였다. 각 조건에서 공융용매처리 후 회수한 고형분의 수율은 처리 온도와 처리 시간이 증가할수록 감소하였다. 셀룰로오스는 공융용매 처리로 감소하였지만, 처리 온도와 처리 시간에 따른 영향이 크지 않았다. 헤미셀룰로오스는 100℃ 처리 조건에서는 공융용매처리에 의한 감소율이 크지 않았고, 처리 시간에 따른 영향도 없는 것으로 나타났다. 그러나 140℃ 조건에서는 100℃에 비해 높은 감소율을 보여주었고, 처리 시간이 길수록 증가하였다. 리그닌은 약간 감소하였지만, 전체적으로 처리 온도와 처리 시간에 의한 영향은 없는 것으로 나타났다.

리그노셀룰로오스 나노섬유 제조를 위한 염화콜린 기반의 공융용매 전처리 특성

권구중 ( Gu-joong Kwon ),박찬우 ( Chan-woo Park ),한송이 ( Song-yi Han ),이은아 ( En-ah Lee ),김정기 ( Jeong-ki Kim ),아젤리아신드라데위 ( Azelia Cindradewi ),김남훈 ( Nam-hun Kim ),이승환 ( Seung-hwan Lee ) 한국목재공학회 2021 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.1

본 연구는 소나무재를 이용하여 염화콜리 기반의 공융용매(deep eutectic solvent, DES)로 전처리하고 기계적 해섬에 의해 얻어진 리그노셀룰로오스 나노섬유(lignocellulose nanofibrils, LCNF)의 특성에 대해서 검토하였다. DES는 choline chloride (ChCl)를 기반으로 lactic acid (LA), urea (U), 및 glycerine (GLY)를 몰비 1:2로 혼합하여 얻어진 용액을 100℃에서 6시간 동안 반응시켰다. 기계적 해섬처리에 의한 LCNF 제조에는 고속 blender와 고압 homogenizer를 이용하였다. DES 전처리에 의한 수율은 ChCl/LA 처리가 ChCl/U 및 ChCl/GLY 처리 비해 가장 낮았다. 화학조성비 분석 결과, ChCl/LA 처리물은 ChCl/U 및 ChCl/GLY 처리된 전처리물에 비해 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스의 함량이 높았다. LCNF의 직경분포 측정 결과, ChCl/LA처리된 LCNF는 10nm 이하의 직경이 84%였으며, ChCl/U 및 ChCl/GLY 처리된 LCNF에 비해 평균직경이 작고 더 균일한 형태학적 특성을 보였다. FT-IR 분석으로 리그닌 유래의 방향족 화합물의 존재를 확인하였다. 고압 homoginizer 반복횟수가 증가함에 따라 ChCl/LA 처리된 LCNF의 결정화도가 감소하는 경향을 보였다. LCNF로 제조된 나노종이의 인장강도는 고압 homoginizer의 반복해섬 횟수가 증가할수록 증가하였으며, ChCl/LA 처리된 LCNF 나노종이의 인장강도가 가장 높았다.