A Study on the Electrolytic Reduction Mechanism of Uranium Oxide in a LiCl-Li2O Molten Salt

Seung-Chul Oh,Jin-Mok Hur,Chung-Seok Seo,Seong-Won Park 한국방사성폐기물학회 2003 방사성폐기물학회지 Vol.1 No.1

본 연구에서는 고온의 LiCl-LlO 용융염계에서 우라늄 산화물의 금속전환과 LiO의 전해반응이 동시에 진행되는 통합 반응 메카니즘을 기초로 한 전기화학적 금속전환기술을 제안하였다. 본 실험에서는 전기화학적 환원반응에 의해 생성된 Li 금속이온이 음극에 전착과 동시에 우라늄 산화물과 반응하여 금속전환율 99 % 이상의 우라늄 감속을 생성하는 통합 반응 메카니즘을 확인할 수 있었다. 또한 전기화학적 금속전환기술의 공정 적용성 평가 일환으로 우라늄 산화물의 금속전환성, 반응 메카니즘 규명, LiO의 closed recycle rate 및 물질전달 특성 등의 기초 데이터를 확보하였다 향후 전기화학적 금속전환기술은 LiCl-Li 용융염계의 금속전환공정의 반응조건 제한성 해소, 금속전환율 향상 및 공정의 단순화 등의 기술성과 경제성 향상 측면에서 획기적인 방안으로 고려될 수 있을 것으로 판단된다. This study proposed a new electrolytic reduction technology that is based on the integration of simultaneous uranium oxide metallization and LiO electrowinning. In this electrolytic reduction reaction, electrolytically reduced Li deposits on cathode and simultaneously reacts with uranium oxides to produce uranium metal showing more than 99% conversion. For the verification of process feasibility, the experiments to obtain basic data on the metallization of uranium oxide, investigation of reaction mechanism, the characteristics of closed recycle of LiO and mass transfer were carried out. This evolutionary electrolytic reduction technology would give benefits over the conventional Li-reduction process improving economic viability such as: avoidance of handling of chemically active Li-LiCl molten salt increase of metallization yield, and simplification of process.

종이기록물 탈산처리시 탈산처리제의 주성분인 금속산화물 입자의 물리적 특성에 따른 흡착 효율성 연구

김호진,한신호,신종순,김두원,김대성 한국공업화학회 2015 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2015 No.0

종이기록물은 장기간 보존시 산화됨으로서 기록물의 보존상태가 훼손되고 있다. 이러한 현상을 방지하기 위하여 탈산처리제의 염기성 금속산화물이 종이 기록물표면에 흡착되어 산성화된 기록물을 약 염기성으로 중화시키는 것이다. 이 경우 금속산화물의 입자 크기 분포는 종이기록물의 흡착에 영향을 미치며, 또한 금속산화물 입자 크기에 따라 기록물 표면이 금속산화물로 도포되는 물리적인 현상을 초래한다. 이러한 현상은 유해한 작업환경으로 나타나므로 기록물 표면에 흡착되는 금속산화물 입자 크기 분포와 물리적인 특성은 중요한 요인이 된다. 따라서 본 연구에서는 다공성 금속산화물 나노시트를 사용하여 탈산처리제를 제조함으로써 금속산화물의 흡착 효율성을 제고시키며, 또한 탈산처리 작업 환경을 개선시키고자한다.

다양한 나노구조 금속산화물을 이용한 고체산 촉매의 합성

이경우,이현경,문종태,박건희,박일건,주지봉 한국공업화학회 2018 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2018 No.0

금속산화물을 기능화 하여 제조된 고체 산촉매는 기존의 무기산 기반의 균질 산촉매의 어려운 분리-회수의 단점을 극복한 비균질 산촉매이다. 현재까지 여러 화학반응에서, 비균질 산촉매의 반응 활성 및 촉매의 안정성을 높이고자 하는 연구가 다양한 관점에서 진행되어 왔다. 본 연구에서는 나노구조를 가지는 금속 산화물 소재를 이용하여, 황산염처리 및 열처리 과정을 거쳐, 초강산 산점이 도입된 나노구조 고체산 촉매를 제조하고 촉매화학반응에 응용하고자 하였다. 본 연구에서 사용된 금속 산화물은 나노입자 형태의 SiO₂, TiO₂, ZrO₂, Al₂O₃ 소재이며, 이러한 금속 산화물 소재를 이용하여 황산염 기능기를 도입하였다. 본 연구에서는 제조된 금속 산화물 촉매들을 대상으로 여러 가지 특성분석 방법을 이용하여 물리적/화학적 특성을 조사하였다. 제조된 고체산촉매의 촉매적 활성 및 특성을 확인하기 위하여 알돌 축합반응에 적용하였다. 산촉매의 반응성을 평가하기 위해 산점을 도입 하기전 나노구조 금속산화물과 반응실험 결과를 비교하였으며, 산점이 도입된 고체산 촉매의 경우 도입 하기전 비교 촉매 샘플보다 높은 반응성을 보이는 것을 확인하였다.

금속지지체형 고체산화물연료전지와 연료극지지체형 고체산화물연료전지의 물질전달 특성분석

박준근(Joonguen Park),김선영(Sunyoung Kim),배중면(Joongmyeon Bae) 대한기계학회 2010 大韓機械學會論文集B Vol.34 No.3

고체산화물연료전지의 상용화를 위해서 금속지지체형 고체산화물연료전지가 개발되었다. 이 연료전지는 기계적강도를 향상시킨 새로운 개념의 연료전지지만 접합층으로 인해 물질전달률이 감소한다. 본 논문에서는 전산해석을 이용하여 연료극지지체형 고체산화물연료전지와 금속지지체형 고체산화물연료전지의 물질전달율을 비교하고자 한다. 지배방정식, 전기화학반응, 세라믹 물성치 모델이 동시에 해석된다. 그리고 다공성 매질 내부의 물질전달 해석을 위해서 분자확산과 누센확산이 함께 고려된다. 전산해석의 검증을 위해서 실험결과와 해석결괴를 비교한다. 금속지지체형 고체산화물 연료전지의 평균 전류밀도가 연료극지지체형 고체산화물연료전지에 비해 약 23% 감소한다. 그러나 접합층으로 인해 금속지지체형 고체산화물연료전지가 더 균일한 전류밀도 분포를 가진다. Metal-supported solid oxide fuel cells (SOFCs) have been developed to commercialize SOFCs. This new type of SOFC has high mechanical strength, but its mass transfer rate may be low due to the presence of a contact layer. In this study, the mass transfer characteristics of an anode-supported SOFC and a metal-supported SOFC are studied by performing numerical simulation. Governing equations, electrochemical reactions, and ceramic physical-property models are determined simultaneously; molecular diffusion and Knudsen diffusion are considered in mass transport analysis of porous media. The experimental results are compared with simulation data to validate the results of numerical simulation. The average current density of the metal-supported SOFC is 23% lower than that of the anode-supported SOFC. However, because of the presence of the contact layer, the metal-supported SOFC has a more uniform distribution than the anode-supported SOFC.

LiCl-Li$_2$O 용융염계에서 우라늄 산화물의 전기화학적 금속전환 반응 메카니즘에 관한 연구

오승철,허진목,서중석,박성원 한국방사성폐기물학회 2003 방사성폐기물학회지 Vol.1 No.1

본 연구에서는 고온의 LiCl-Ll$_2$O 용융염계에서 우라늄 산화물의 금속전환과 Li$_2$O의 전해반응이 동시에 진행되는 통합 반응 메카니즘을 기초로 한 전기화학적 금속전환기술을 제안하였다. 본 실험에서는 전기화학적 환원반응에 의해 생성된 Li 금속이온이 음극에 전착과 동시에 우라늄 산화물과 반응하여 금속전환율 99 % 이상의 우라늄 감속을 생성하는 통합 반응 메카니즘을 확인할 수 있었다. 또한 전기화학적 금속전환기술의 공정 적용성 평가 일환으로 우라늄 산화물의 금속전환성, 반응 메카니즘 규명, Li$_2$O의 closed recycle rate 및 물질전달 특성 등의 기초 데이터를 확보하였다 향후 전기화학적 금속전환기술은 LiCl-Li 용융염계의 금속전환공정의 반응조건 제한성 해소, 금속전환율 향상 및 공정의 단순화 등의 기술성과 경제성 향상 측면에서 획기적인 방안으로 고려될 수 있을 것으로 판단된다. This study proposed a new electrolytic reduction technology that is based on the integration of simultaneous uranium oxide metallization and Li$_2$O electrowinning. In this electrolytic reduction reaction, electrolytically reduced Li deposits on cathode and simultaneously reacts with uranium oxides to produce uranium metal showing more than 99% conversion. For the verification of process feasibility, the experiments to obtain basic data on the metallization of uranium oxide, investigation of reaction mechanism, the characteristics of closed recycle of Li$_2$O and mass transfer were carried out. This evolutionary electrolytic reduction technology would give benefits over the conventional Li-reduction process improving economic viability such as: avoidance of handling of chemically active Li-LiCl molten salt increase of metallization yield, and simplification of process.

금속산화물 함침을 통한 SSZ-13 제올라이트의 에틸렌에서 프로필렌 제조 반응에서의 촉매 활성 증가

신민철,이승준,김철웅,( Abdullaev Mansurbek Urol Ugli ),김태완,김성탁 한국공업화학회 2020 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2020 No.-

올레핀 상호 전환 기술 중 하나인 에틸렌에서 프로필렌 제조 (ETP) 반응은 프로필렌 수요의 꾸준한 증가와 더불어 에틸렌과 프로필렌 간의 지역적인 수요-공급 불균형 해소를 위해 주목받고 있다. 이 연구에서는 고 선택성 ETP 반응 촉매 제작을 위해 SSZ-13 제올라이트에 4주기 금속 산화물들을 초기 습윤 법으로 함침한 후 ETP 반응에 적용하였다. 그리고 반응성 변화 원인을 분석하기 위해 XRD, NH₃-TPD, TEM-EDX 및 흡착 속도 측정 등의 분석 법을 이용하였다. 3가 이상의 높은 산화수를 갖는 금속 산화물이 함침 된 촉매들은 비개질 촉매에 비해 높은 프로필렌 선택도 및 수율 증가를 보였다. 이는 높은 산화수를 가질수록 금속 산화물의 크기가 커짐으로 인해 반응 중간체의 확산성을 제한함으로써 프로필렌의 선택도를 높이는 것으로 비인다. 반면, 2가 이하의 낮은 산화수를 갖는 금속 산화물이 함침 된 촉매는 금속 산화물에서 생성된 염기성으로 인해 비개질 촉매에 비해 낮은 활성을 보였다.

스퍼터링 방법을 이용한 금속산화물 첨가 TiO₂ 박막 제조 및 광촉매 활성

안호근 ( Ho-geun Ahn ),이도진 ( Do-jin Lee ),김기중 ( Ki-joong Kim ),김용화 ( Yong-hwa Kim ),정운조 ( Woon-jo Jeong ),문장수 ( Jang-soo Moon ) 한국환경기술학회 2007 한국환경기술학회지 Vol.8 No.2

TiO₂ 분말에 소량의 금속산화물을 습식법으로 첨가하여 타겟을 제조하고, 스퍼터링(sputtering) 방법으로 박막을 제조하여 박막의 구조적, 광학적 특성과 에틸렌 분해에 대한 광촉매 활성을 조사하였다. 제조한 금속산화물 첨가 TiO₂ 박막 밴드갭은 TiO₂ 박막보다 약간 높게 나타났다. 제조한 박막의 표면과 단면형상의 SEM과 AFM 조사에서 균일한 박막의 성장을 확인할 수 있었고, 금속산화물 첨가 TiO₂ 박막의 에틸렌에 대한 광분해 활성은 반응시간의 경과에 따라 증가하였다. Cr/TiO₂과 Mn/TiO₂ 박막의 활성은 TiO₂만의 박막보다 높았으나, Fe/TiO₂, Ni/TiO₂과 Mo/TiO₂ 박막의 경우는 분해성능이 TiO₂만의 박막보다 낮았다. 결과적으로, 습식법으로 소량의 금속산화물을 첨가한 분말을 이용하여 타겟을 제조하면, 균일한 금속산화물 첨가 TiO₂ 박막이 형성되고 에틸렌 분해에 대한 광분해 활성이 높아지는 경향이 나타나 광촉매제로 활용할 수 있음을 알았다. A small amount of metal oxides was added to TiO₂ powder by wet method, and thin film on substrate was prepared using their target by magnetron sputtering, respectively. Structural and optical properties and photocatalytic activity of the thin films were investigated. Band gap for the thin film of metal oxides added TiO₂ was a little higher than that of only TiO₂. Growth of homogeneous thin film on Al₂O₃ substrate was confirmed from SEM and AFM images for surface and cross-section of the thin films. Photocatalytic activity of ethylene over thin film of metal oxides added TiO₂ was increased with increase of reaction time. The activity for thin film of Cr/TiO₂ and Mn/TiO₂ was higher than that of only TiO₂, but the result over Fe/TiO₂, Ni/TiO₂ and Mo/TiO₂ was reverse. As a result, when the target was prepared using the metal oxides added TiO₂ powder by wet method, thin film prepared with the target was homogeneously coated on substrate, and was highly active photocatalytically.

전이 금속 산화물 이종 접합체의 계면의 전자기적 현상

김헌정 한국물리학회 2009 새물리 Vol.58 No.2

Physics at low dimension is very interesting because the spatial dimension strongly modifies the interaction strength between constitutent particles. The interface of electronically different transition-metal oxides (TMO) is a two-dimensional system where charge, spin, and orbit play important roles as in the bulk TMO. Two-dimensionality under heterogeneous conditions makes this system particularly unique; therefore, this system is thought to be a candidate for observing new quantum states of matter. Recent advances in thin-film technology have made it possible to construct such heterostructures or superlattices with atomic precision and to open the door to exploring the structural, electronic, and magnetic properties of interfaces in detail. In this paper, I review recent advances in this field and present investigations on the electronic and magnetic properties at the interface of YBa2Cu2O7/La0.9Ca0.1MnO3 heterostructures. I will present some experimental hints about charge reconstruction in this system. Special emphasis be put on the synthesis of new functional oxide heterostructures by using pulsed laser deposition and on the characterization of these systems by using spectroscopic techniques. 저차원 물리현상은 지금까지 많은 물리학자들의 관심 대상이었다. 특히, 전자들 사이 또는 전자-격자-오비탈의 상호작용이 큰 경우 차원이 낮아질 경우 이러한 상호작용이 더욱 중요해지게 된다. 이러한 관점에서 페로프스카이트 구조를 가지는 전이금속 산화물 (transition metal oxide)의 이종접합체 (heterostructure) 혹은 초격자 (superlattice)의 계면은 차원과 전자-격자-오비탈의 상관관계를 연구할 수 있는 중요한 시스템이다. 전이 금속 산화물은 자성과 초전도와 같은 다양한 바닥상태 (ground state)를 갖지므로 서로 다른 전이금속 산화물 접합의 계면에서 이러한 바닥상태의 질서도움변수들 (order parameter)이 어떤 상호 작용을 나타낼까 하는 바는 흥미로운 문제이다. 또한 적당한 물질의 조합을 선택한다면 우리가 원하는 새로운 바닥상태를 만들어내는 엔지리어링을 할 수도 있을 것이다. 이러한 관점에서 이 논문에서는 전이금속 산화물의 계면에서의 전자, 스핀, 그리고 오비탈의 재배열(electronic reconstruction)에 대하여 간략하게 소개하고 연X선 분광학 (soft X-ray spectroscopy)을 적용하여 YBa2Cu2O7/La0.9Ca0.1MnO3 계면의 전자기적 특성에 대한 결과를 보고하고자 한다.

화학세척제를 이용한 도자기의 철산화물 제거 특성 연구

박대우,장성윤,남병직,함철희,임성태 한국문화재보존과학회 2011 보존과학회지 Vol.27 No.4

금속산화물에 오염된 도자기 유물을 보존처리 하기 위해서는 경우에 따라 화학적 세척과정이 필요하다. 본 연구에서는 화학적 세척과정을 침적법과 습포법으로 구분하여, 침적법에서는 옥살산과 구연산의 농도에 따른 철산화물 제거특성을 확인하고자 하였다. 나아가 앞선 침적법의 결과를 토대로 spot 테스트를 거친 후, 태안 마도에서 출토된 도자기유물에 습포법을 적용하여 철산화물을 제거하였다. 옥살산에 60시간 침적시 도자기 빙렬 내의 철산화물은 제거되었지만, 육안관찰에서 침적 3시간 이후부터 철산화물이 관찰되지 않기 때문에 보존처리현장에서는 유물의 안정성을 고려하여 0.25M 이하의 옥살산에 1~3시간동안 침적하는 것이 적당할 것으로 판단된다. 구연산에서는 60시간 침적시 철산화물은 제거되지 않았다. 이는 옥살산과의 분자량 차이 및 산도(acidity) 등에 의한 것으로, 빙렬 내에 침투한 철산화물을 제거할 때에는 구연산보다 옥살산이 좀 더 효과적이었다. 옥살산을 용제로 제작한 습포팩(벤토나이트, 세피올라이트, 활성탄소섬유, 셀라이트)을 오염된 백자태토에 10시간동안 도포 처리하여 철산화물은 제거되었지만, 유물적용성은 벤토나이트와 세피올라이트가 뛰어났다. 그래서 앞선 침적법의 결과를 토대로, 0.25M의 옥살산과 세피올라이트를 습포팩으로 제조하여 태안 마도 출토 청자 및 백자에 적용하였다. 습포팩 1회 처리로 유물표면의 철산화물은 대부분 제거되었으나 오염물의 형태에 따라 적용횟수는 달라질 수 있을 것으로 판단되며, 세피올라이트에 의한 2차 오염을 방지하기 위한 세척도 함께 병행되어야 할 것이다. To remove metal stains of the ceramics, chemical cleaning is essential case by case. This study investigated the removal characteristics of iron stains by oxalic acid and citric acid including their application methods of soaking and poultice. The soaking method in cleaning agents showed removal process by color difference and released iron contents from iron stains on ceramics. Iron stains were removed successfully from ceramics, which soaked in oxalic acid for 60 hours. However, it is recommendable to soak in 0.25M oxalic acid for one to three hours because most iron stains were disappeared in 3 hours soaking. Citric acid is less effective than oxalic acid in removing iron stains because of heavy molecular weight and low acidity. Poultices (bentonite, sepiolite, activated carbon fiber and celite) with oxalic acid were applied on contaminated ceramics. After ten hours, iron stains on ceramics were removed successfully by poultice. Among them, bentonite and sepiolite have better application. Therefore, sepiolite with 0.25M oxalic acid was applied on the iron stains of whiteware and celadon from Ma Island, and then stains were removed. However, it is judged that the application methods can be varied according to the form and depth of contaminant. In addition, the residues of poultice on the ceramics will be considered for preventing contamination.

금속 산화물 나노파티클을 이용한 슈퍼캐패시터용 탄소전극의 제작 및 평가

강도연,김영석,최성호 한국공업화학회 2014 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2014 No.1

슈퍼캐패시터는 매우 짧은 시간 내에 높은 전력을 제공 할 수 있으며 높은 전력밀도와 효율성 때문에 유망한 에너지 저장시스템이다. 다른 한편으로, 다중벽 탄소나노튜브(MWNTs)는 높은 표면적과 전기전도도, 화학적 안정성, 높은 기계적 강도와 같은 성질로 인해 잠재적 응용성을 가진 에너지 저장장치와 함께 다양한 특성을 가진다. 금속산화물 나노파티클(NPs)과 MWNTs 사이의 균일한 계면접촉과 증가된 접촉면적은 전극의 전기전도도를 상당히 촉진시킨다. 따라서 높은 비정전용량과 높은 전력을 갖는 전극을 제조하기 위한 MWNTs 위의 금속산화물 나노파티클의 추가는 효과적인 방법이다. 본 연구에서 우리는 새로운 금속산화물 NPs 복합체인 Sm₂O₃/MWNT와 Fe₂O₃/MWNT 전극의 제조 및 슈퍼캐패시터적 성능을 보여준다. 합성된 금속산화물 나노파티클 복합체 전극의 슈퍼캐패시터적 거동은 순환전압전류법과 정전류식 충전 및 방전실험에 의해 특성화되었다.