40 research outputs found
Water Induced Gas Inclusion in Metal Organic Frameworks and Its Significance on CO2 Storage
No full textGas trapping of ice crystals confined in two-dimensional nanogap and its application for carbon capturing & storage
No full textIntercalated methane production in natural gas hydrate sediments using a carbon dioxide and flue gas mixture
No full textTemplate-Directed Approach Towards the Realization of Ordered Heterogeneity in Bimetallic Metal-Organic Frameworks
No full text수포화 된 나노 동공에서 가스 분자의 거동 규명 및 해석: 에너지 환경 기술로의 응용
No full text학위논문(박사) - 한국과학기술원 : EEWS대학원, 2015.2
,[xii, 115 p. :]생명의 진수인 물은 과학과 공학 분야를 통틀어 많은 연구의 대상 이어왔다. 특히, 물은 특정 환경에서 상당량의 가스를 저장할 수 있는 특성을 띠는데, 예를 들면 정육면체의 얼음에서의 수소 저장, 가스하이드레이트의 천연 가스 저장 등이 있다. 이러한 특성에 기반하여 새로운 가스 저장과 분리 기술들이 산업이나 실생활에 응용을 위하여 제안 그리고 연구 되어왔다. 이 기술의 성능이나 작업 조건 완화를 위하여 다양한 연구가 수행 되었으며, 이는 가스 저장하는 물 구조체를 나노 다공성 물질에 형성 시키는 노력으로 이어졌다.
동공은 분자들의 이동과 점유가 이루어지는 공간으로서 다양한 과학분야에서 중요한 구조체이다. 동공은 세포의 멤브레인에서 시작하여 바위의 미세공까지 다양한 시스템에서 발견되고 있다. 이러한 동공을 포함하는 물질을 다공성 물질이라 하며, 촉매, 이온 교환, 분자 저장과 분리 등 다양한 분야에서 이용 그리고 개발 되어 지고 있다.
물이 100 nm 크기 이하의 나도 공동에 존재하는 경우, 벌크 상태와는 다른 거동을 보이게 되는데, 예를 들면 얼음과 같은 고 결정질의 물 구조체가 상온에서 형성되며, 상거동, 동역학적 특성이 변하게 된다. 이러한 결과들은 나노 다공성 물질이 물의 특성을 변화 조절 할 수 있는 기회를 제공함을 시사한다. 이를 통해 물과 가스 사이의 상호작용을 조절하고 다양한 가스 분야의 기술로 발전 시킬 수 있는 가능성이 있다.
하지만 우리는 가스와 물 분자들의 나노 공간에서의 거동에 관한 이해가 부족하기에, 본 연구를 수행하였다. 이 연구에서는 다양한 그래핀 옥사이드, 클래이, 금속 유기 화합물 등 다양한 나도 다공성 물질에서의 물과 가스 분자의 거동을 살펴 보았으며, 이를 토대로 이산화탄소와 에너지 가스 분리 등 다양한 응용 기술을 개발하였다. 이에 관한 자세한 내용은 다음과 같다:
첫 째 주제: 그래핀 옥사이드의 층간에서 발생하는 가스 분자의 인터컬레이션 현상을 , , 와 가스를 사용하여 연구하였다. 가스 분자의 인터컬레이션은 친수성의 그래핀 옥사이드 표면과 분자 사이의 상호작용 정도에 영향을 받는다. 위 시험 가스 중 만이 그래핀 옥사이드의 인터레이어에 인터컬레이션이 가능하였으며, 인터레이어에 물이 존재함으로써 다른 가스들도 인터컬레이션 가능해 짐을 확인하였다.
두 째 주제: 층간에 저장된 이산화탄소를 이용하여 그래핀 옥사이드 층의 파괴 없이 자발적인 분산을 이루는 방법을 개발하였다. 물에 젖은 그래핀 옥사이드에 이산화탄소를 가압하여 층간에 저장하였으며, 이를 용매에 담금으로써 배출되는 가스에 의하여 층이 자발적으로 분산되도록 하였다. 이를 통해 얻어진 그래핀 옥사이드는 원료 물질의 면적을 유지하였으며, 분산된 그래핀 옥사이드는 많은 부분 단일 층이며 부분적으로 다층 형태임을 AFM을 이용하여 확인하였다.
셋 째 주제: 물이 가득찬 금속유기화합물의 동공에서의 특이 이산화탄소 저장 현상을 실험과 시뮬레이션을 통해 규명하였다. 물로 가득한 HKUST-1의 동공은 이산화탄소에 친화적인 환경을 제공하지만 질소와 수소에는 그렇지 않음을 확인하였으며, 이러한 친화도 차이를 이용하여 높은 효율로 이산화탄소를 분리할 수 있는 흡착제를 개발하였다.
넷 째 주제: 유사한 열역학적, 동역학적 특성을 갖는 가스 분자를 분리하는 것은 산업적으로 중요하며 어려운 일이다. 이를 위해 다양한 기술들이 도입 되었지만, 이를 해결하는 것은 아직까지도 에너지 환경 분야에서 중요한 화제이다. 이 연구에서 우리는 질소와 메탄을 높은 효율로 분리할 수 있는 물질을 손쉽게 개발 할 수 있는 방법을 제시하였고, 이 효율성을 실제 메탄과 질소의 분리를 통해 증명하였다.
다섯 째 주제: 다공성 물질은 가스 분리와 저장 시스템 개발에 있어 큰 가능성을 열어 주었는데, 이러한 다공성 물질에서의 가스 하이드레이트를 형성함으로써 다양한 가스 분리를 성공적으로 이룰 수 있다. 하지만 보다 높은 성능과 효율을 위해서 가스하이드레이트의 나노 동공에서의 거동에 관한 이해가 필요하다. 이 연구를 통해서 그래핀 옥사이드의 친수성 표면과 나노 디멘션이 가스하이드레이트의 상거동에 미치는 여향을 관찰하였으며, 그 결과 친수성인 나노 공간에서 가스하이드레이트의 상거동이 강하게 제한 (inhibited) 됨을 확인하였다.
여섯 째 주제: 물 분자들은 금속유기화합물의 가스 저장과 분리 능력을 변화 시키는 사례가 있어 왔다. 특히 금속유기화합물 내에서 가스하이드레이트를 형성할 경우 가스 저장과 분리 능력의 향상이 가능하다. 이 연구에서는 HRPD를 이용하여 형성된 가스 하이드레이트의 구조와 상평형 거동을 관찰하였다. 금속유기화합물 내에서 형성될 경우 상평형이 억제되는 결과를 보였으며, 이산화탄소의 경우 P-T 곡선에서 상평형 측정 후 압력이 회복되지 않았는데, 이는 나노 공간에 존재하는 물에 이산화탄소가 용해되었기 때문이다.
일곱 째 주제: 가스 하이드레이트는 에너지 생산과 이산화탄소 심해 저장 분야에서 중요한 연구 대상이다. 메탄 하이드레이트를 생산하거나 이산화탄소 형태로 탄소 저장 시에 예기치 않은 가스의 배출을 방지하기 위하여 심해 환경에서 가스 하이드레이트의 특성을 규명하는 것은 매우 중요하다. 이 연구를 통하여 점토의 층간에 가스 하이드레이트 형성 가능 여부를 확인한 결과, 점토의 층간 거리는 가스 하이드레이트가 형성되기에 작아서 불가능함을 실험적으로 증명하였다. 대신 가스하이드레이트는 점토 입자 사이에 존재하는 나노 공간에서 형성이 되며, 이 때 상거동이 벌크 상태보다 억제 됨을 알 수 있었다.한국과학기술원 :EEWS대학원
Template-Directed Approach Towards the Realization of Ordered Heterogeneity in Bimetallic Metal-Organic Frameworks
No full textRegularization based super-resolution image processing algorithm using edge-adaptive non-local means filter
No full textOn the multiday haze in the Asian continental outflow: the important role of synoptic conditions combined with regional and local sources
No full textAbstract. The air quality of the megacities in populated and industrialized regions like East Asia is affected by both local and regional emission sources. The combined effect of regional transport and local emissions on multiday haze was investigated through a synthetic analysis of PM2. 5 sampled at both an urban site in Seoul, South Korea and an upwind background site on Deokjeok Island over the Yellow Sea during a severe multiday haze episode in late February 2014. Inorganic components and carbonaceous species of daily PM2. 5 samples were measured, and gaseous pollutants, local meteorological factors, and synoptic meteorological conditions were also determined. A dominance of fine-mode particles (PM2. 5 ∕ PM10 ∼ 0.8), a large secondary inorganic fraction (76 %), high OC ∕ EC (> 7), and highly oxidized aerosols (oxygen-to-carbon ratio of ∼ 0.6 and organic-mass-to-carbon ratio of ∼ 1.9) under relatively warm, humid, and stagnant conditions characterize the multiday haze episode in Seoul; however, the early and late stages of the episode show different chemical compositions of PM2. 5. High concentrations of sulfate in both Seoul and the upwind background in the early stage suggest a significant regional influence on the onset of the multiday haze. At the same time, high concentrations of nitrate and organic compounds in Seoul, which are local and highly correlated with meteorological factors, suggest the contribution of local emissions and secondary formation under stagnant meteorological conditions to the haze. A slow eastward-moving high-pressure system from southern China to the East China Sea induces the regional transport of aerosols and potential gaseous precursors for secondary aerosols from the North China Plain in the early stage but provides stagnant conditions conducive to the accumulation and the local formation of aerosols in the late stage. A blocking ridge over Alaska that developed during the episode hinders the zonal propagation of synoptic-scale systems and extends the haze period to several days. This study provides chemical insights into haze development sequentially by regional transport and local sources, and shows that the synoptic condition plays an important role in the dynamical evolution of long-lasting haze in the Asian continental outflow region.
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Meteorological responses to Mt. Baekdu volcanic eruption over east asia in an offline global climate-chemistry model: A pilot study
No full textWe examine the meteorological responses due to the probable eruption of Mt. Baekdu using an off-line Climate-Chemistry model that is composed of the National Center for Atmospheric Research (NCAR) Climate Atmosphere Model version 3 (CAM3) and a global chemistry transport model (GEOS-Chem). Using the aerosol dataset from the GEOS-Chem driven by GEOS-5 meteorology, experiment and control simulations of the climate model are performed and their meteorological differences between the two simulations are analyzed. The magnitudes of volcanic eruption and column injection height were presumably set to 1/200 of the Mt. Pinatubo eruption and 9 km, respectively. Significant temperature drop in the lower troposphere (850 hPa), which is mainly due to a direct effect of prescribed volcanic aerosols from Mt. Baekdu, has been simulated up to about -4 K. The upper atmosphere (150 hPa) right above the volcano, however, shows significant warming due to the absorption of the infrared radiation by volcanic aerosols. As a result of the volcanic eruption in the climate model, wave-like patterns are shown in both the geopotential height and horizontal wind. The changes in the lower atmospheric temperature are well associated with the modification of the atmospheric circulation through the hydrostatic balance. In spite of limitations in our current simulations due to several underlying assumptions, our results could give a clue to understanding the meteorological impacts from Mt. Baekdu eruptions that are currently attracting considerable public attentionclose1
