Earticle

본 연구에서는 대기중에서 산소 플라즈마 처리를 통해 궐련형 전자담배 폐기물의 담뱃잎으로 제조한 탄소 물질의 친 수성과 전극과의 표면 접착성을 향상시키고자 하였으며, 슈퍼커패시터 전극용 활물질의 비정전용량을 향상시키고자 하 였다. 먼저, 궐련형 담배 폐기물에서 담뱃잎을 분리하여 세척 공정과 건조를 진행하고, 질소 환경에서 탄화를 통해 슈퍼 커패시터용 탄소 물질을 제조하였다. 추가적인 전기화학적 성능 향상을 위해 탄소 물질에 산소 플라즈마 처리를 진행하 여 물질의 표면에 친수성기를 부여하여 젖음성을 향상시키고자 하였다. 제조한 탄소 물질을 슈퍼커패시터 전극용 활물질 로 제조 후 3전극 테스트를 통한 전기화학 성능 측정을 진행하였으며, 산소 플라즈마의 120W 파워에서 약 30초간 표면 처리를 진행한 탄소 기반의 전극이 플라즈마 처리를 하지 않은 탄소 기반의 전극보다 약 1.5배 높은 비정전용량이 측정 되었다. 이는 산소 플라즈마 처리를 통해 탄소 물질 표면에 친수성기를 부여하여 젖음성을 향상시켜 전극과의 표면 접착 성이 향상되었기 때문이다. 본 실험을 통해 산소 플라즈마 처리를 진행하여 궐련형 전자담배의 폐기물에서 수거한 담뱃 잎 기반의 탄소 물질의 전기화학적 성능을 증가시켰으며, 바이오매스로 제조한 물질의 기존 성능을 간단한 방법으로 향 상시킬 수 있는 방안에 대해 제시하였다.

An oxygen (O2) atmospheric plasma treatment is employed to carbon precursor to enhance the hydrophilicity and wettability. The plasma-treated carbon is then applied as active materials for supercapacitor electrode to enhance the specific capacitance. First, tobacco leaves are separated from heated tobacco waste, followed by washing and drying process. The subsequent carbonization under nitrogen atmosphere is performed to obtain carbonized tobacco leaves (CTL). The O2 plasma treatment is employed on as-synthesized CTL to provide hydrophilic functional groups which enhances the wettability. In a three-electrode system, CTL treated with a plasma power of 120W for 30 s exhibits 1.5-fold higher specific capacitance compared to CTL without a treatment of plasma, owing to the improved adhesive property with the electrode. As a result, a O2 plasma treatment have increased the specific capacitance of CTL, suggesting the facile method to enhance the electrochemical performance of carbonized materials synthesized from biomass wastes.

본 연구에서는 반도체 다이싱 공정에서 발생하는 실리콘 슬러지에서 금속 산화물을 도입하여 도료 물질로 제조하였다. 상세히는, 실리콘 슬러지의 금속 불순물을 산처리를 하여 고순도의 실리콘 분말을 수득하고, 간단한 졸-겔법을 이용하여 이산화티타늄(TiO2)을 코팅하였다. 이산화티타늄의 코팅 층 두께를 조절하여 흰색과 노란색 물질로 제조하였다. 실제 응 용을 확인하기 위해 흰색과 노란색의 실리콘 분말을 도료 형태로 제조하여 유리 기판에 적용하였다, 추가적으로, CIE L*a*b* 색상 표현에서 좌표값의 결과로 흰색과 노란색 물질이 인식되었음을 확인하였다. 따라서 반도체 다이싱 공정에 서 발생하는 실리콘 슬러지를 성공적으로 재활용하였으며, 다양한 색상을 나타내는 새로운 도료 물질로 효과적으로 활용 될 수 있는 가능성을 제시하였다.

In this study, silicon sludge from semiconductor dicing process is coated with metal oxide and applied as coloring material for paints. In specific, metallic impurities in silicon sludge are removed by acid washing to prepare high-purity silicon powder. And then, as-obtained silicon powder is coated with titanium dioxide (TiO2) using a facile sol-gel method. The thickness of the TiO2 layer is controlled to express the colors of white and yellow. In practical application, the whiteand yellow-colored silicon powders are prepared in paint materials and applied to glass substrates. In addition the results of the color coordinate values in the CIE L*a*b* color space have verified the appearance of white and yellow colors. Accordingly, silicon sludge generated in the semiconductor dicing process is successfully recycled and applied as paint, which may suggest the possibility of effectively employing new materials for paints showing various colors.

본 연구에서는 실리콘 슬러지로부터 실라놀 전구체를 추출하지 않고 상압 저온가열법을 통해 실리카 나노입자를 제조 하였으며, 기존의 수열합성법과 졸-겔법의 차이를 비교 분석하였다. 실리콘 슬러지의 산세처리를 통해 유기물과 금속 불 순물을 제거한 실리콘 분말을 상압에서 가열하여 콜로이달 상태의 실리카 나노입자를 제조하였다. 상압가열법을 통해 제 조한 실리카 나노입자는 수열합성법 및 졸겔법과 비교를 위해 형상 및 화학적 특성 분석을 진행하였다. 그 결과, 상압 저 온가열법은 수열합성법 대비 균일하고 고순도의 실리카 나노입자가 제조됨을 확인할 수 있었다. 또한, 실리콘 슬러지 자 체를 활용하기에 졸-겔법에 비해 높은 수득률의 실리카 나노입자가 합성되었다. 본 연구를 통해 반도체 공정에서 발생한 실리콘 슬러지를 효과적으로 재활용하는 새로운 제조법에 대해 제시하였으며, 기존의 제조법에 비해 우수한 특성을 지니 고 있어 환경적 측면에서 지속 가능한 방향성을 제공하는데 기여할 것으로 기대된다.

In this study, silica nanoparticles are synthesized from silicon sludge using atmospheric heating method without extracting silanol precursor, in which the method is analyzed and compared with existing hydrothermal and sol-gel methods. Organic and metallic impurities in silicon sludge are removed by acid-washing process to obtain silicon powder, followed by heating the powder under atmospheric pressure to prepare silica nanoparticles. The morphological and chemical properties of as-synthesized silica nanoparticles are examined and compared with those obtained using conventional hydrothermal and sol-gel methods. As a result, silica nanoparticles fabricated by atmospheric heating method showed enhanced uniformity and higher purity compared to the nanoparticles synthesized by hydrothermal method. In addition, a higher yield of silica nanoparticles is synthesized compared to sol-gel method owing to the direct utilization of silicon sludge using atmospheric heating method. Accordingly, this study presents a novel approach for effectively recycling silicon sludge generated from semiconductor manufacturing process, which may contribute to providing continuous directions for protecting environment.

호소에서 조류 증식은 이취미 유발, 독소물질 검출 등 정수장 운영과 식수 안전에 위협을 준다. 사전대책으로 선택적 취수시스템, 조류차단매트 및 수류 분사 장치 등이 이용된다. 본 연구에서는 호소 상수원에서 조류차단매트 파일럿 장치 를 운영하면서 조류 등 주요 오염물질 제거 특성을 분석하고 현장 적용 방안을 검토하였다. 수원지 취수지점에 설치된 조 류차단매트의 성능을 평가하기 위하여 조류 증식기를 포함해 7개월간 수심별 수질 변화 특성을 분석하였다. 운영 기간 중 주요 출현종은 남조류 중 Microsystis, Microcoleus, Anabena과 규조류의 Synedra였고 Microsystis가 전체 개체수의 98% 이상을 차지하였다. 평균 조류 제거율은 48%로 나타났으며 안정화 시기에는 56~76%의 제거율을 보였다. 수심별 클로로필-a의 농도분포는 시기별 달랐고 3~5 m 수심에서 조류농도가 높아지고 그 이상 깊어지면 감소하는 경향을 보였 다. 조류차단매트는 취수원에서 급격한 조류 발생 및 개체수를 사전에 관리함으로써 정수장에 미치는 조류 오염부하를 줄일 수 있음을 확인하였다. 또한 조류 차단막 설치 수심은 남조류가 집중적으로 많이 발생하는 수심에 맞추어 설계하는 것이 바람직함을 확인하였다.

Algae blooming in lakes poses a threat to the safety of drinking water by causing taste issues and odor and producing toxic substances. Selective intake systems, algae blocking mats, and water flow spray devices are used to control algae and maintain stable water quality. This study evaluated algae removal performance and practical applicability through the operation of pilot scaled algae blocking mat. To install the vertical curtain mat in Hoedong reservoir, water quality characteristics were surveyed based on water depth over a period of 7 months, including the algae blooming season. The main species identified were Microsystis, Microcoleus and Anabena, classified as blue-green algae, and Synedra as a diatom, accounting for over 98% of the total count. The average algae removal was 48% but during the stable stage, it ranged from 56 to 76%. The distribution of chlorophyll-a by water depth varied across times, with algae counts increasing at a depth of 3 to 5 meters and decreasing further beyond 5 meters. It was confirmed that vertical curtain mats could reduce algae loads on the water purification plant. Furthermore, the depth of mat installation should take into consideration the season of blue-green algae blooming.

현대의 도시화와 산업화는 경제 성장을 가속화하고 있지만, 이로 인한 에너지 소비와 CO2 배출량 증가는 지구 온난화 와 환경 문제를 야기하고 한다. 특히 도시 지역에서는 자동차, 폐기물 처리, 에너지 생산 등이 주요 CO2 배출 원인으로 작용하며 이에 대한 해결책 중 하나로 CO2 포집 기술이 중요한 역할을 한다. 다양한 CO2 포집 방법 중에서 고체 흡착제 인 CaO를 이용한 건식 방법은 저렴하고 다양한 온도 범위에서 사용할 수 있으며 재사용이 가능하다. 본 연구에서는 에 어로졸 공정을 통해 구 형태의 CaCO3 미세 입자를 제조하고, 이를 열처리하여 미세 공극이 있는 CaO 흡착제를 제조하 였다. 다양한 열처리 조건을 실험하여 최적 조건을 도출하고자 하였고 XRD, SEM, EDS 분석을 통해 CaO 흡착제의 형 태와 특성을 확인하였다. Ca(NO3)2-4H2O 전구체 기반의 실험결과에 따르면, 에어로졸 공정으로 구형의 CaCO3가 형성되 었음을 확인하였고 600oC 이상에서 3시간 동안의 열처리를 통해 미세 공극이 있는 구형 CaO 흡착제의 제조 가능성이 확 인되었다. 또한, Ca(CH3COO)2-H2O 전구체 기반의 실험에서 에어로졸 공정을 통해 거의 완벽한 구형의 CaCO3 입자가 형성되었으며 30분 동안 900oC 온도로 열처리하였을 때 목표하고자 한 공극이 있는 CaO 흡착제 형태를 얻을 수 있었다 . 이러한 연구 결과는 CO2 포집을 위한 고체 흡착제 개발과 응용에 중요한 기초 자료로 활용될 것으로 예상된다.

The rapid urbanization and industrialization in modern times have accelerated economic growth but have also led to increased energy consumption and CO2 emissions, contributing to global warming and environmental issues. Urban areas, in particular, are major sources of CO2 emissions due to factors such as automobile usage, waste disposal, and energy production. CO2 capture technology plays a vital role in addressing these challenges. Among various CO2 capture methods, the dry method using solid adsorbents like CaO is cost-effective, applicable over a wide temperature range, and reusable. In this study, we employed an aerosol process to manufacture spherical CaCO3 micro-particles, which were subsequently heat-treated to produce CaO adsorbents with fine porosity. Characterization of the CaO adsorbents was performed using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and energy dispersive spectroscopy (EDS). The results confirmed the formation of spherical CaCO3 particles through the aerosol process based on Ca(NO3)2-4H2O precursors. When heated above 600°C for three hours, CaO adsorbents with fine spherical porosity became feasible. Additionally, experiments using Ca(CH3COO)2-H2O precursors produced nearly perfect spherical CaCO3 particles through the aerosol process. Heat treatment at 900oC for 30 minutes yielded the desired CaO adsorbents with porosity.

본 연구에서는 선택적 다중이온 질량분석기(Select Ion Flow Tube Mass Spectrometers, SIFT-MS)를 장착한 차량과 센 서측정모듈을 탑재한 드론을 활용하여 2차~4차 미세먼지 계절관리제 기간 총 2 3개 산업단지의 휘발성유기화합물 (VOCs), PM10, PM2.5 농도를 측정하였다. 또한 산업단지별 VOCs 농도를 분석하여 주로 발생되는 VOCs 배출원을 분 석하고 해당 산업단지의 주요 입주 업종을 조사하였다. VOCs를 측정한 결과 2차~4차 미세먼지 계절관리제 기간 methanol은 청주 일반산단, 대전 1,2산단, 세종 부강산단에서 200 ppb 이상으로 매우 높게 측정되었으며, 청주 일반산단 에서 최대 10161.9 ppb로 측정되었다. 청주 일반산단의 경우 노후화된 산업단지로 펄프, 종이, 플라스틱 화학물질 화학 제품 제조업의 비중이 높고 화학물질 배출·이동정보시스템(PRTR) 자료에는 methanol의 연간배출량이 117톤 이상으로서 주요한 배출물질로 나타났다. 따라서 이 산단의 methanol에 대한 배출감시 및 집중관리가 필요할 것으로 생각된다. 또한 센서측정모듈을 탑재한 드론을 활용하여 측정한 결과 3차 계절관리제 기간 대전 대덕산단의 PM10, PM2.5가 최대 541.5 μg/m³, 478.3 μg/m³, 4차 계절관리제 기간에는 최대 62.0 μg/m³, 59.5 μg/m³로 측정되었다. 3차~4차 계절관리제 기간 측 정값의 상관성은 일치하지 않지만, 중부권 산단지역 내 PM10 및 PM2 .5 농도의 경향성은 비슷함을 확인하였다. 결과적 으로 SIFT-MS를 장착한 차량과 센서측정모듈를 탑재한 드론을 활용하면 고정지점에서의 측정이 가지는 배출원 감시의 한계점을 보완하고, 적은 시간과 인력으로 산업단지 내 대기오염물질 배출원을 효율적으로 관리할 수 있음을 확인하였다.

In this study volatile organic compounds (VOCs), PM10, and PM2.5 concentrations were measured in a total of 23 industrial complexes during the 2nd to 4th seasons of fine dust management using a vehicle equipped with Select Ion Flow Tube Mass Spectrometers (SIFT-MS) and a drone equipped with a sensor measurement module. Furthermore, an analysis of VOCs concentrations by industrial complex was conducted to identify the main sources of VOCs emissions in each industrial complex and the major industries present in these complexes were investigated. The results of VOCs measurements showed that methanol levels were very high, exceeding 200 ppb in Cheongju General Industrial Complex, Daejeon 1,2 Industrial Complex, and Sejong Bugang Industrial Complex during the 2nd to 4th seasons of fine dust management with a maximum measurement of 10161.9 ppb in Cheongju General Industrial Complex. In the case of Cheongju General Industrial Complex which is an aging industrial complex with a high proportion of pulp, paper, plastic, and chemical product manufacturing industries, methanol was found to be the major annual emission, exceeding 117 tons according to the Pollutant Release and Transfer Register (PRTR) data. Therefore, it is considered necessary to monitor and manage methanol emissions in this complex. Furthermore, using drones equipped with sensor measurement modules, it was found that during the 3rd seasons of fine dust management, the maximum PM10, PM2.5 concentration in Daejeon Daejeok Industrial Complex was 541.5 μg/m³, 478.3 μg/m³, and during the 4th seasons of fine dust management, it was 62.0 μg/m³, 59.5 μg/m³. Although the correlation between measurements during the 3rd and 4th seasons of fine dust management did not match, the trends in PM10 and PM2.5 concentrations in industrial complex areas in the central region were similar. In conclusion, it was confirmed that using vehicles equipped with SIFT-MS and drones equipped with sensor measurement modules allows for real-time measurement of air pollutants and efficient management of VOCs emission sources.