탄소중립을 향한 여정에서 DRI(direct reduced iron) 공정과 같은 신흥 기술에 많은 관심이 집중되고 있다. 본 연구는 개질 COG(coke oven gas)를 사용한 2단계 DRI 공정을 제안하고, 최적 공정 매개변수를 규명하였다. 현장 사용 Carajás 철광석의 환원 및 탄화는 시료의 질량 감소를 모니터링하여 조사하였고, 반응 온도 및 조작 시간, 그리고 서로 다른 환원 환경에 따른 EDS 및 XRD 측정을 수행하였다. 철광석의 환원은 환원 환경과 무관하게 800°C에서 60분에 완료되었으나, 환원된 철의 탄화는 환원 가스에서 수소 함량이 높은 경우에 한해 800°C에서만 가능하였다. 따라서 제안된 DRI 공정에서 고수소 함량을 포함하는 COG를 800°C에서 작동하는 2단계로 유입한 후, 이어서 600°C에서 작동하는 1단계로 유도하는 반류(countercurrent) 방식이 타당함이 입증되었다. 철광석의 환원은 1단계에서 환원 환경과 무관하게 60분간 시작되고, 환원의 완료 및 후속 탄화는 고수준의 환원 환경에서 2단계에서 40분 동안 수행되었다. 평형 분석 결과, COG 내 CH4의 탄화물(graphite)로의 분해가 CO2로부터 CO를 생성하며, 이후 환원 Fe로부터 Fe3C가 연속적으로 형성됨을 지지하였다. 또한 철광석의 탄화는 CO2가 존재하는 경우에만 가능하였다. 아울러 환원 환경이 지나치게 높거나 낮은 경우에는 DRI 공정을 수행하는 데 바람직하지 않다는 점도 확인되었다. 본 연구는 유사한 DRI 공정을 최적화하기 위한 효과적인 지침을 제공할 것으로 기대된다.

탄소중립을 향한 여정에서 DRI(direct reduced iron) 공정과 같은 신흥 기술에 많은 관심이 집중되고 있다. 본 연구는 개질 COG(coke oven gas)를 사용한 2단계 DRI 공정을 제안하고, 최적 공정 매개변수를 규명하였다. 현장 사용 Carajás 철광석의 환원 및 탄화는 시료의 질량 감소를 모니터링하여 조사하였고, 반응 온도 및 조작 시간, 그리고 서로 다른 환원 환경에 따른 EDS 및 XRD 측정을 수행하였다. 철광석의 환원은 환원 환경과 무관하게 800°C에서 60분에 완료되었으나, 환원된 철의 탄화는 환원 가스에서 수소 함량이 높은 경우에 한해 800°C에서만 가능하였다. 따라서 제안된 DRI 공정에서 고수소 함량을 포함하는 COG를 800°C에서 작동하는 2단계로 유입한 후, 이어서 600°C에서 작동하는 1단계로 유도하는 반류(countercurrent) 방식이 타당함이 입증되었다. 철광석의 환원은 1단계에서 환원 환경과 무관하게 60분간 시작되고, 환원의 완료 및 후속 탄화는 고수준의 환원 환경에서 2단계에서 40분 동안 수행되었다. 평형 분석 결과, COG 내 CH4의 탄화물(graphite)로의 분해가 CO2로부터 CO를 생성하며, 이후 환원 Fe로부터 Fe3C가 연속적으로 형성됨을 지지하였다. 또한 철광석의 탄화는 CO2가 존재하는 경우에만 가능하였다. 아울러 환원 환경이 지나치게 높거나 낮은 경우에는 DRI 공정을 수행하는 데 바람직하지 않다는 점도 확인되었다. 본 연구는 유사한 DRI 공정을 최적화하기 위한 효과적인 지침을 제공할 것으로 기대된다.

본 연구에서는 뼈(bone) 모양의 Au − Ag2S 금속–반도체 하이브리드 나노로드를 제조하기 위한 수계(aqueous) 합성 전략을 제시한다. 구체적으로, Au 나노로드를 먼저 합성한 후 이를 종자(seed)로 사용하여 Au 나노로드 양 말단에서 Ag 껍질을 선택적으로 과성장(overgrowth)시켜 뼈 모양의 Au − Ag 나노로드를 합성하였다. Na2S 수용액을 이용한 부위 선택적 황화(sulfidation) 전략을 통해, Au − Ag 이(二)금속 나노로드를 Au–Ag2S 금속–반도체 하이브리드 나노로드로 전환하였다. 메틸렌 블루(MB)의 태양광 조사 하 광산화적 분해(photooxidative degradation)를 위한 광촉매로 사용하였을 때, Au–Ag2S 하이브리드 나노로드는 금속과 반도체 구성요소의 상승작용(synergistic action)으로 인해 우수한 광촉매 성능을 보였다.

수용액 중에서 산업적으로 다양한 응용을 갖는 핵심 원소인 붕소의 회수를 목적으로, 수용액 내 붕소에 대해 탄소 섬유를 효과적인 흡착제로 사용하는 방안을 탐색하였으며, 반복적인 붕소 흡착 및 탈착 과정에서 탄소 섬유의 변화 양상을 조사하였다. 본 연구에서는 전기방사로 제조한 PAN 섬유를 탄화하여 질소 도핑 탄소 섬유로 전환하였다. 그 결과 얻어진 섬유 매트는 붕산 용액에서 붕소 흡착을 수행한 후 HCl 용액에서 재생(regeneration)하며, 이러한 과정을 여러 차례 반복하여 탄소 섬유의 재사용성을 평가하였다. SEM 분석을 통해 PAN 섬유 및 탄화된 섬유의 전기방사가 성공적으로 수행되었음을 확인하였고, EDS 및 XPS 분석으로는 그래핀 유사 표면에 도핑된 질소가 존재함을 확인함과 동시에 그에 따른 효과적인 붕소 흡착이 가능함을 규명하였다. 이어서 ICP-OES 결과, 붕소 흡착은 실온에서도 ~1시간 내에 평형 흡착 용량에 도달하여 완료됨을 보여주었으며, 섬유의 재생이 진행될수록 흡착 용량이 증가하였다. 이러한 경향은 재생 과정에서 섬유의 물리적 파손 및 분쇄가 발생하면서 비표면적이 증가했음을 SEM 및 BET 분석을 통해서도 확인되었다. 결론적으로, 본 연구에서 제안한 탄소 섬유는 작동 가능한 재사용성을 바탕으로 수용액 중 붕소 회수에 적용 가능하다.