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V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>/TiO<sub>2</sub> 촉매의 활성금속 함량이 촉매 활성에 미치는 영향
장영희,김성철,김성수,Jang, Younghee,Kim, Sung Chul,Kim, Sung Su 한국공업화학회 2022 공업화학 Vol.33 No.5
In this study, the activity test and characterization were performed to evaluate the hydrogen sulfide removal characteristics using a V/TiO<sub>2</sub> catalyst at room temperature. The optimal vanadium loading was 10 wt%, and the durability was greater than 60 minutes at 60~80% relative humidity. The Brunauer-Emmett-Teller (BET) surface area and raman spectroscopy results confirmed that the structure of the vanadium site exposed to the surface was a dominant factor in catalyst activity. From Scanning Electron Microscope (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) and X-ray crystallography (XRD) analyses, it was found that sulfur can be accumulated on the catalyst surface, which results in a decrease in durability under catalytic activity tests. Therefore, it is judged that a combined process of catalytic oxidation and regeneration is needed.
유기성 탄화수소 연료 분해를 위한 관벽 코팅 촉매의 흡열 반응에 관한 연구
장영희(Younghee Jang),최승원(Seungwon Choi),정현수(Hyeonsu Jeong),김준오(Jun Oh Kim),이예환(Ye Hwan Lee),변성제(Seongje Byun),고영서(Youngseo Go),정병훈(Byung Hun Jeong),이상문(Sang Moon Lee),김성수(Sung Su Kim) 유기성자원학회 2022 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.추계
극초음속 비행체는 공기 마찰, 엔진 및 각종 장비 작동으로 인해 열에너지가 발생하며, 이는비행 시스템의 열적 부하로 이어진다. 이에 따라 장치의 효율 저하를 방지하기 위해 높은 효율의 냉각 기술이 요구되어 고분자의 액체탄화수소 연료에 촉매 분해 반응을 통해 열을 흡수하는 냉각 기술을 적용하고 있다. 저분자량의 연료가 생성될수록 많은 열을 흡수할 수 있음에 따라, 제올라이트 계열의 고체산을 이용하는 것이 효과적이라고 보고되고 있다. 최근에는 흡열량을 증진시키기 위해 촉매 산점 조절, 활성금속 담지 등의 촉매 고도화 연구가 수행되고 있으며, 반응기 내 촉매 충진으로인해 압력 강하의 문제가 지속적으로 제기됨에 따라 압력 강하를 낮출 수 있는 촉매 관벽 코팅을시도하고 있다. 본 연구에서는 흡열 촉매의 성능 증진을 위하여 연료가 흐르는 stainless steel tube 내벽에 촉매를 코팅하는 레시피를 확보하였고, 관과 촉매 사이에는 Al2O3을 코팅하여, 부착 강도를증진시킬 수 있는 방안을 고려하였다. 대상 물질로는 실제 비행체에 많이 사용되는 케로신 연료에 포함되어 있는 주요 물질들 중 n-dodecane을 모델연료로 선정하였다. 그 결과, 액체탄화수소 연료의 흡열분해 반응에서 coke 생성은 stainless steel tube reactor를 냉각채널로 사용하게 됨에 따라 Fe, Ni 금속이 filamentous coke 생성을 유발했음을 SEM분석을 통해 확인하였다. 이에 따라 stainless steel에H-ZSM-5를 코팅함으로써, Fe과 Ni 금속이 액체탄화수소 연료에 직접 노출되는 것을 방지하고filamentous coke 생성을 억제함을 확인하였다.
활성탄 흡착탑의 실용화를 위한 최적 유동특성 선정 및 열처리 조건에 따른 황화수소 포집능 향상 연구
장영희 ( Younghee Jang ),김봉환 ( Bong-hwan Kim ),김성수 ( Sung Su Kim ) 한국공업화학회 2021 공업화학 Vol.32 No.1
본 연구에서는 다양한 환경 공정에서 사용되는 황화수소 제거용 흡착탑 효율을 향상시키기 위해 유동 분석 및 흡착성능 향상 연구를 수행하였다. 연구를 위해 상업적으로 이용 가능한 다양한 활성탄에 칼륨(potassium, K)을 담지하여 개질 활성탄을 제조하였다. 또한 열처리 여부에 따라 흡착 성능과 열처리 과정에서 변화된 표면 특성 사이의 높은 상관관계를 고찰하고자 하였다. 함침법을 통해 K로 코팅된 활성탄은 57배 이상의 흡착 성능을 확인하였다. 이는 균일한 기공 형성과 탄소 표면의 K의 강한 결합은 황화수소의 화학적 및 물리적 흡수에 기여한다고 판단하였다. 다양한 상용활성탄의 표면 구조에 대한 SEM 분석은 열처리를 통한 표면 특성의 변형으로 인해 기공 구조가 파괴되어 흡수 성능이 저하되는 것으로 확인하였다. 각 활성탄의 압력 손실 특성은 입자 크기와 모양에서 가장 낮은 압력 손실이 관찰되었다. 따라서 2~4 mesh 크기의 탄소입자 범위와 불규칙한 모양이 흡착탑의 성능을 향상시키고 경제적 효율성을 확보할 수 있다고 제안하였다. This study was conducted to improve the operating conditions of an adsorption tower filled with potassium impregnated activated carbon for high hydrogen sulfide capture capacity. Heat treatment modified the surface properties of activated carbon, and ultimately determined its adsorption capacity. The activated carbon doped with potassium showed 57 times more adsorption at room temperature than that of using the raw adsorbent. It is believed that uniform pore formation and strong bonding of the potassium on the surface of carbon contributed to the chemical and physical absorption of hydrogen sulfide. The SEM analysis on the surface structure of various commercial carbons showed that the modification of surface properties through the heat treatment generated the destruction of pore structures resulted in the decrease of the absorption performance. The pressure drop across the activated carbon bed was closely related with the grain size and shape. The optimum size of irregularly shaped activated carbon granules was 2~4 mesh indicating economical feasibility.
수소 활용공정 안전성 확보를 위한 미반응 수소 산화-열 회수 시스템의 운전 조건 최적화 연구
장영희 ( Younghee Jang ),김성수 ( Sung Su Kim ) 한국공업화학회 2023 공업화학 Vol.34 No.3
본 연구는 수소 경제 사회의 안전 확보를 위해 수소 연료전지 후단 배출된 미반응 수소를 안정적으로 산화하는 방안에 대해 논의하였다. 안전 시스템은 미반응 수소를 에너지원 없이 제거할 수 있는 상온 산화촉매를 충진하였으며, 이때 반응으로 배출되는 산화열은 안정적으로 회수할 수 있는 열 회수 장치를 연계하고자 하였다. 그 결과, 수소 산화 시스템의 충진 조건에 따라 시스템 내 압력 및 유체 흐름이 변화함을 CFD 분석을 통해 확인하였다. 또한 배가스 온도, 열 회수기 내 유량 및 압력조건을 최적화하여 300 ℃ 이상의 배가스 산화 열원을 40 ℃ 이상의 온수를 확보하는 방식으로 폐열을 회수할 수 있음을 확인하였다. 본 연구를 통해 수소 연료전지와 같은 중·소규모 사업장에 적용된 수소 활용 공정을 실증 규모로 평가하여 안전 시스템으로의 가능성을 확인하였다. 추후 실증화 연구를 통해 예측하지 못한 수소 안전사고에 대해 대응할 수 있는 안전 가이드로 활용될 수 있다고 판단된다. In this study, a catalytic oxidation-heat recovery system was designed that can remove unreacted with a concentration of about 1% to 6% in the exhaust gas of hydrogen fuel cells and recover heat to ensure safety in the hydrogen economy. The safety system was devised by filling hydrogen oxidation catalysts at room temperature that can remove unreacted hydrogen without any energy source, and an exhaust-heat recovery device was integrated to efficiently recover the heat released from the oxidation reaction. Through CFD analysis, variations in pressure and fluid within the system were shown depending on the filling conditions of the hydrogen oxidation system. In addition, it was found that waste heat could be recovered by optimizing the temperature of the exhaust gas, flow rate, and pressure conditions within the heat recovery system and securing hot water above 40 ℃ by utilizing the exhaust gas oxidation heat source above 300 ℃. Through this study, it was possible to confirm the potential of utilizing hydrogen processes, which are applied in small to medium-sized systems such as hydrogen fuel cells, as a safety system by evaluating them at a pilot scale. Additionally, it could be a safety guideline for responding to unexpected hydrogen safety accidents through further pilot-scale studies.
GPU와 옥트리를 이용한 바이오 메디컬 데이터의 집적 영상 픽업 기법
장영희(Younghee Jang),박찬(Chan Park),정지성(Ji-Sung Jung),박재형(Jae-Hyeung Park),김남(Nam Kim),하종성(Jung-Sung Ha),류관희(Kwan-Hee Yoo) 한국콘텐츠학회 2010 한국콘텐츠학회논문지 Vol.10 No.6
최근 들어, 3D 입체 영화와 TV 등 3차원 입체 영상 디스플레이에 대한 관심이 매우 높다. 안경을 끼는 불편함을 해결하기 만들어진 무안경식 3차원 입체 영상 디스플레이를 위해서는 렌즈 어레이 카메라로부터 만들어지는 기초영상(elemental images)을 생성해야 한다. 렌즈 어레이에 여러 카메라가 배치되므로 주어진 3차원 가상공간에 대해 기초영상을 생성하는데 많은 시간이 소요되며, 특히 고용량의 바이오메디컬 자료에 대해서는 더 많은 시간이 소요된다. 본 논문에서는 이러한 문제를 좀더 효율적으로 개선하기 위해 주어진 자료의 효율적 렌더링을 위해 옥트리(Octree)를 구성한 후, GPU(graphics processor units)를 이용하여 렌더링하는 기법을 제시한다. 실험 결과, 제시된 기법이 기존 방법과 비교하여 많은 개선이 있었지만 아직도 더 효율적인 기법의 개발이 요구된다. Recently, 3D stereoscopic display such as 3D stereoscopic cinemas and 3D stereoscopic TV is getting a lot of interest. In general, a stereo image can be used in 3D stereoscopic display. In other hands, for 3D auto stereoscopic display, the elemental images should be generated through visualization from every camera in a lens array. Since a lens array consists of several cameras, it takes a lot of time to generate the elemental images with respect to 3D virtual space, specially, if a large bio-medical volume data is in the 3D virtual space, it will take more time. In order to improve the problem, in this paper, we construct an octree for a given bio-medical volume data and then propose a method to generate the elemental images through efficient rendering of the Octree data using GPU. Experimental results show that the proposed method can obtain more improvement comparable than conventional one, but the development of more efficient method is required.
장영희(Younghee Jang),이예환(Ye Hwan Lee),이상문(Sang Moon Lee),김성수(Sung Su Kim) 한국에너지기후변화학회 2021 한국에너지기후변화학회 학술대회 Vol.2021 No.11
본 연구에서는 수소연료전지 후단에 배출되는 6% 이하의 수소를 안정적으로 산화하기 위한 촉매를 개발하고자 하였다. 세부적으로는 수소 산화에 우수한 성능을 갖는 Pd를 활성물질로 선정하였으며, 액상환원 또는 기상환원법을 기반으로 촉매를 제조하였다. 그 결과, 액상환원 촉매는 1% 수소 농도 조건에서 99.9%의 산화 성능을 나타내었으며, 액상 환원법으로 제조함에 따라 촉매 활성이 향상될 수 있던 근거를 확인하고자 다양한 분석을 수행하였다. 특히 촉매의 표면 결합 등을 분석하기 위하여 동일한 상온 산화 물질인 HCHO를 이용해 FT-IR분석을 수행한 결과, H₂O 물질이 흡착 사이트 역할을 하는 하이드록실 그룹으로 복원시키는 역할로써 활용되었음을 밝혀내었다. 또한 제조된 촉매는 수소 산화 중 발생한 발열에 노출되어 성능이 감소할 수 있는 가능성이 존재함에 따라, 촉매의 열내구성을 비교하기 위해 600 ℃의 온도에서 24 시간 열충격을 준 후 산화 성능을 비교하였다. 본 연구에서 도출된 최적 촉매 제조방법은 예측되지 못한 수소 농축 및 안전 사고에 대비할 수 있는 기술로 활용될 수 있으며, 특히 수소에너지 인프라를 구축하고 있는 현 기술 수준에서 저농도의 수소 환경에도 안전성을 확보할 수 있는 대표 기술로 자리잡을 수 있다고 판단하였다.
황산 처리를 통해 개질된 TiO2 흡착제의 비소 흡착 특성에 관한 연구
장영희(Younghee Jang),정현수(Hyeonsu Jeong),김준오(Jun Oh Kim),이예환(Ye Hwan Lee),최승원(Seungwon Choi),변성제(Seongje Byun),고영서(Youngseo Go),정연호(Yeon Ho Jung),정민교(Min Kyo Jeong),이상문(Sang Moon Lee),김성수(Sung 유기성자원학회 2022 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.추계
비소는 산업폐수와 화학적 합금, 살충제, 화석연료이 연소, 채광 작업 등 다양한 경로를 통해자연과 인간에게 노출되고 있다. 특히 먹는물로 취급되는 지하수에도 광산 등에서 용출된 비소가 포함되어 인간에게 만성적인 질병을 일으키는 독성 중금속으로 알려져 있다. 이러한 비소를 제거하기위해 상수도, 우물, 정수기 등에 흡착제를 적용하여 중금속을 제거하곤 한다. 흡착법은 다양한 가스상오염물질 제거 기술 중 운전비가 저렴하며 대부분의 물질 저감이 가능하다. 특히 잔류 독성 물질이포함되어 있는 수처리 분야에서 비용을 저감할 수 있는 해결책으로써 제시되고 있다. 본 연구에서는TiO2의 황산처리를 통해 두가지의 sulfated-TiO2를 제조하여 비소 흡착 성능을 확인하였다. 제조된흡착제는 TEM, XRD, XPS 및 FTIR 분석을 통해 물리화학적 특성을 확인하였고, 흡착제 표면의 황산종과 비소는 SO4 2-그룹에 의해 결합됨을 확인하였다. 특히, 전자 밀도를 조절하여 TiO2의 표면 산성도를 조절하고, 비소의 흡착 성능을 증진시킬 수 있는 흡착소재 제조 방법을 최적화하였다. 본 연구를 통해 개발된 흡착제로 기존 비소 흡착제 대비 20% 이상 성능을 증진시킨 소재를 제안할 수 있다.