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서강대학교-열역학 및 분리공정 연구실

서강대학교 화공생명공학과

임종성 교수

Liquid-Liquid Equilibrium

Ionic Liquids

Polymer Recycling

서강대학교-열역학 및 분리공정 연구실

화공생명공학과 임종성

서강대학교 열역학 및 분리공정 연구실은 초임계 유체, 이온성 액체, 고압 열역학 등 첨단 화학공정 분야에서 국내외적으로 선도적인 연구를 수행하고 있습니다. 본 연구실은 초임계 이산화탄소를 비롯한 다양한 초임계 유체를 활용한 친환경 분리공정 개발에 중점을 두고 있으며, 금속 및 세라믹 분말사출성형체의 탈지, 고분자 및 바이오 소재의 미세입자화, 천연물 및 기능성 소재의 추출 등 다양한 응용 분야에서 혁신적인 연구를 진행하고 있습니다. 특히, 이온성 액체를 이용한 차세대 이산화탄소 포집 및 활용 기술 개발에 집중하고 있습니다. 이온성 액체의 구조적 다양성과 우수한 열적·화학적 안정성을 바탕으로, CO2의 선택적 흡수 및 분리 효율을 극대화하는 맞춤형 용매 설계와 고압 하에서의 용해도, 상평형 데이터 측정 및 모델링을 통해 실질적인 공정 적용 가능성을 높이고 있습니다. 이러한 연구는 탄소중립 시대에 필수적인 친환경 에너지 전환 및 온실가스 저감 기술의 핵심을 이루고 있습니다. 또한, 본 연구실은 고압 상평형(VLE, LLE 등) 및 열역학 데이터의 정밀 측정과 예측 모델 개발에 있어 국내 최고 수준의 연구 역량을 보유하고 있습니다. 자체 제작한 다양한 고압 실험 장비와 축적된 실험적 노하우를 바탕으로, 알코올, 케톤, 냉매, 바이오매스 유래 화합물 등 다양한 시스템의 상평형 및 열역학 특성을 체계적으로 분석하고 있습니다. 이를 통해 신냉매 개발, 에너지 저장 시스템, 신소재 합성 등 미래 산업의 기반 기술 발전에 기여하고 있습니다. 본 연구실은 실험적 연구와 더불어, Nonrandom Lattice Fluid EOS, Group Contribution, COSMO-RS 등 다양한 열역학 모델을 활용한 데이터 해석 및 공정 시뮬레이션 연구도 활발히 수행하고 있습니다. 실험과 이론의 유기적 결합을 통해, 실제 산업 현장에 적용 가능한 고효율, 친환경 분리공정 및 신소재 개발을 목표로 하고 있습니다. 앞으로도 서강대학교 열역학 및 분리공정 연구실은 초임계 유체, 이온성 액체, 고압 열역학 등 첨단 화학공정 분야의 연구를 지속적으로 심화하고, 산학협력 및 기술이전을 통해 산업계와의 연계를 강화하며, 미래 친환경 공정 및 소재 산업의 혁신을 선도할 것입니다.

Liquid-Liquid Equilibrium
Ionic Liquids
Polymer Recycling
초임계 유체를 이용한 분리공정 및 응용
본 연구실은 초임계 유체, 특히 초임계 이산화탄소를 활용한 다양한 분리공정의 개발과 응용에 중점을 두고 있습니다. 초임계 유체는 액체와 기체의 특성을 동시에 지니고 있어, 기존 용매로는 어려운 고효율 분리 및 추출이 가능하다는 장점이 있습니다. 이를 바탕으로 본 연구실은 금속 및 세라믹 분말사출성형체의 탈지, 고분자 및 바이오 소재의 미세입자화, 천연물 및 기능성 소재의 추출 등 다양한 분야에서 초임계 유체 기반의 혁신적 공정을 연구해왔습니다. 특히, 초임계 유체를 이용한 금속 및 세라믹 사출성형체의 바인더 제거 기술은 기존의 열적, 화학적 방법에 비해 에너지 소비가 적고, 제품의 품질 저하를 최소화할 수 있어 산업적으로 큰 주목을 받고 있습니다. 또한, 초임계 유체를 활용한 고분자 미세입자화 및 재결정화 기술은 의약품, 기능성 소재, 나노소재 등 다양한 첨단 산업에 적용되고 있습니다. 본 연구실은 Rapid Expansion of Supercritical Solutions(RESS), Supercritical Anti-Solvent(SAS) 등 다양한 초임계 공정 장비와 실험적 노하우를 바탕으로, 미세입자의 크기 및 분포 제어, 결정화 조건 최적화, 소재의 기능성 향상 등 실질적 응용 연구를 수행하고 있습니다. 이러한 연구는 친환경적이고 에너지 효율적인 공정 개발이라는 사회적 요구에 부응하며, 폐기물의 재활용, 고부가가치 소재의 생산, 신소재 개발 등 다양한 분야로 확장되고 있습니다. 앞으로도 초임계 유체 기반 분리공정의 고도화와 산업적 확산을 위해, 이론적 모델링과 실험적 검증을 병행하며 새로운 응용 분야를 지속적으로 개척할 예정입니다.
이온성 액체 및 고압 열역학 데이터 기반 친환경 CO2 포집 및 활용
본 연구실은 이온성 액체(ionic liquids)와 고압 열역학 데이터에 기반한 이산화탄소(CO2) 포집 및 활용 기술 개발에 집중하고 있습니다. 이온성 액체는 낮은 휘발성과 높은 열적·화학적 안정성을 지닌 신개념 용매로, CO2의 용해도와 선택적 흡수 특성이 뛰어나 차세대 친환경 분리공정의 핵심 소재로 각광받고 있습니다. 본 연구실은 다양한 구조의 이온성 액체를 합성 및 특성화하고, 고압 하에서의 CO2 용해도, 상평형, 열역학적 특성 데이터를 체계적으로 측정·분석해왔습니다. 특히, 다양한 이온성 액체와 CO2의 상호작용을 정량적으로 규명하고, 이를 바탕으로 고효율 CO2 포집 및 분리공정의 설계에 필요한 기초 데이터를 구축하고 있습니다. 또한, 이온성 액체의 구조 변화(양이온, 음이온 종류 및 치환기 변화)에 따른 CO2 용해도 및 상거동의 변화 메커니즘을 심도 있게 연구하여, 맞춤형 이온성 액체 설계 및 최적화에 기여하고 있습니다. 이러한 연구는 실험적 데이터와 더불어, 분자모델링 및 열역학 모델(EOS, Group Contribution 등) 개발과 연계되어, 실제 공정 설계 및 시뮬레이션에 활용되고 있습니다. 이온성 액체 기반 CO2 포집 기술은 기존 아민 흡수 공정 대비 에너지 소비가 적고, 용매 손실 및 환경오염이 현저히 낮아, 탄소중립 및 친환경 에너지 전환 시대에 필수적인 핵심 기술로 평가받고 있습니다. 본 연구실은 앞으로도 이온성 액체의 구조-성능 상관관계 규명, 신소재 개발, 실제 공정 적용성 평가 등 다각도의 연구를 통해, CO2 포집·활용 분야의 선도적 역할을 지속적으로 수행할 계획입니다.
고압 상평형 및 열역학 데이터 측정·모델링
본 연구실은 다양한 화학공정 및 신소재 개발에 필수적인 고압 상평형(VLE, LLE 등) 및 열역학 데이터의 정밀 측정과 모델링 연구를 수행하고 있습니다. 고압 상태에서의 기-액, 액-액 상평형 데이터는 분리공정, 반응공정, 신냉매 개발, 에너지 저장 및 변환 등 다양한 산업 분야에서 핵심적인 역할을 합니다. 본 연구실은 자체 제작한 고압 상평형 측정 장비와 다양한 분석기술을 활용하여, 알코올, 케톤, 이온성 액체, 냉매, 바이오매스 유래 화합물 등 다양한 시스템의 상평형 및 열역학 특성을 체계적으로 측정하고 있습니다. 측정된 데이터는 실험적 신뢰성을 확보함과 동시에, 다양한 열역학 모델(Nonrandom Lattice Fluid EOS, Group Contribution, COSMO-RS 등)과의 비교 및 상관관계 분석을 통해, 실제 공정 설계에 적용 가능한 예측 모델 개발로 이어지고 있습니다. 특히, 최근에는 바이오매스 기반 발효액, 2,3-부탄디올, 다양한 유기용매 및 혼합계에 대한 상평형 데이터 측정과, 이를 활용한 친환경 분리공정 개발에 주력하고 있습니다. 또한, 고압 하에서의 상평형 데이터는 신냉매 및 대체냉매 개발, 에너지 저장 시스템, 신소재 합성 등 미래 산업의 기반 기술로서 중요한 의미를 갖습니다. 이러한 연구는 국내외 학술지 및 학회에서 활발히 발표되고 있으며, 산업계와의 협력 연구 및 기술이전으로도 이어지고 있습니다. 앞으로도 본 연구실은 고압 열역학 데이터의 정밀 측정, 신뢰성 검증, 모델링 및 시뮬레이션 연구를 지속적으로 심화하여, 화학공정 및 신소재 산업의 혁신을 선도할 계획입니다.
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High pressure CO2 solubilities in 1,1,2,2-tetrafluoroethanesulfonate(TFES) anion based ionic liquids : [EMIM][TFES], [BMIM][TFES], [Benzyl][TFES]
Kwang Woo Park, Jong Sung Lim
THE KOREAN INSTITUTE OF CHEMICAL ENGINEERS, 2019
2
High pressure Phase behavior of CO2 in bis(pentafluoroethylsulfonyl)imide(BETI) anion based ionic liquids : [EMIM][BETI]. [BMIM][BETI], [HMIM][BETI]
Kwang Woo Park, Jong Sung Lim
THE KOREAN INSTITUTE OF CHEMICAL ENGINEERS, 2019
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Isobaric phase equilibrium for the binary mixture of 2,3-butanediol + 2-methyl-1-pentanol at several pressure .
Hyun Ji Kim, Jong Sung Lim
THE KOREAN INSTITUTE OF CHEMICAL ENGINEERS, 2019
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(기업) 특수점도조절제를 이용한 파우더 형태의 DIY 화장품 개발
(사)한국산학연협회
2017년 12월 ~ 2018년 11월
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특수점도조절제를 이용한 파우더 형태의 DIY 화장품 개발
(사)한국산학연협회
2017년 12월 ~ 2018년 11월
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C1 가스 활용 미생물 기반 C2 알코올 생산 시스템 개발
(재)한국연구재단
2017년 04월 ~ 2024년 02월