[보고서]환경전과정평가 기법을 이용한 Pd-free 형 중수소 분리막의 개발과 자원 순환성평가

정미원

환경전과정평가 기법을 이용한 Pd-free 형 중수소 분리막의 개발과 자원 순환성평가
Development of Eco-Friendly Pd-free Based Deuterium Separation Membrane via Life Cycle Assessment 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	성신여자대학교 Sungshin Women's University
연구책임자	정미원
참여연구자	박도경 , 박지혜 , 송다희
보고서유형	연차보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2013-07
과제시작연도	2012
주관부처	미래창조과학부 KA
사업 관리 기관	한국연구재단
등록번호	TRKO201300032627
과제고유번호	1345186774
사업명	핵융합기초연구
DB 구축일자	2014-01-13
키워드	Pd-free.중수소분리막.전과정평가.Eco-inventory.졸-겔법.Pd-free.Deutruim separation membrane.Life cycle assessment.Eco-inventory.Sol-gel method.

초록 ▼

Ⅲ. 연구개발의 내용 및 범위
Sciencedirect, Wiley-online, ACS, Cambridge journals online 등의 학술 database 활용하여 수소동위원소 분리에 적합한 GC용 column의 충진제를 비교 검토하고, 수소 분리막을 이용하여 투과도의 경향과 변화하는 온도와 압력 하에서 수소의 투과도와 상온에서 고온까지 수소거동을 비교 분석하였다.
제조공정의 LCA를 다루는 소프트웨어인 GABI 6와 CML 2001방법론을 적용하여 수소분리막 제조공정 중 발생할 수 있는 11개의 영향범주에 대한 평가를 실시하고, 수소 분리에 적합한 세라믹 소재 개발을 위한 기본연구로 sol-gel법을 이용하여 합성한 단일성분 또는 2 성분계 이상의 금속산화물을 이용하여 수소분리막을 제작하고 수소투과도 실험을 실시하였다.

Abstract ▼

raw materials and it is environment(eco)-friendly new renewable energy. It is necessary to study on the development of resource circulated hydrogen separation membrane and equipment of tritium separation/purification as alternatives for efficient management of energy.
To study property evaluation technology for deuterium separation membrane, it was reviewed packing materials for GC column technology to separate H₂, He and heavy hydrogen, and researched how to optimize thermodynamics for Pd and Pd alloy through GC column. MnCl₂, Fe(OH)₃ or Cr₂O₃ coated alumina was recommended for packing materials with cryogenic chromatography in regards of efficiency and cost.
Pd and Pd alloy hydrogen separation membrane was prepared using several ways: metal ribbon, PVD or electroless plating on supports. These thin membranes needed amorphous structure to reduce the hydrogen shortness.
Life Cycle Assessment (LCA) was performed on the membrane making process of Pd alloy ribbon type and this process was evaluated causing ARD-elements.

목차 Contents

표지 ... 1
제출문 ... 2
보고서 요약서 ... 3
요약문 ... 4
SUMMARY ... 6
CONTENTS ... 7
목차 ... 8
제 1 장 연구개발과제의 개요 ... 9
제 1 절 연구개발의 개요 ... 9
제 2 절 연구개발의 필요성 ... 9
제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 12
제 1 절 국외 기술개발 현황 ... 12
제 2 절 국내 기술개발 현황 ... 13
제 3 장 연구 개발수행 내용 및 결과 ... 15
제 1 절 연구범위 및 연구수행 방법 ... 15
제 2 절 수소동위원소 분리에 적합한 GC용 column의 충진제 검토 ... 16
제 3 절 Pd 또는 Pd-alloy 수소분리막의 수소 분리공정 조사 ... 30
제 4 절 Life Cycle Assesment(LCA) ... 44
제 5 절 금속산화물을 이용한 수소분리막 실험 ... 47
제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 48
제 1 절 연도별 연구개발의 목표 및 평가의 착안점 ... 48
제 2 절 연구개발목표의 달성도 ... 49
제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 54
제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 55
제 7 장 참고문헌 ... 56

표/그림 (43)

표 SEM micrographs (25 0003) of kieselguhr (left) and alumina (right) both impregnated with 20% palladium
표 Change in chromatograms for 50% H2-50% D2 mixture with column temperature: carrier gas pressure=2.0 atm., flow rate=10cm3min-1, sample gas‑2.30 mmol.
표 Change in chromatograms for 50% H2–50% D2 mixture with carrier gas pressure: column temp.=274 K, flow rate=10 cm3min-1, sample gas‑2.30 mmol
표 Typical chromatogram of H2, HD and D2 mixture balanced with He.
표 Values of (xD,out)max, RD, and HETP of various chromatographic method
표 A schematic diagram of the experimental apparatus.
표 Cross sectional images of colum
표 Chromatogram of H2, HD and D2 mixture gas
표 Gas chromatographic columns for isotope separation
표 Chromatograms of H2-D2 mixture gas: a) Fe(III)/glass, 6 mⅹ2 ㎜ b) Cr2O3/glass 6.6 mⅹ2 ㎜ c), d) Cr2O3/glass 6.6 m ⅹ 2 mm
표 Chromatogram of Micro GC
표 Chromatogram of Conventional GC
표 Output spectra of the chromatograph at various carrier gas flow rates: 50–200 ml/s.
표 Examples of chromatograms for the H–D mixture by Cu power (a) and Pd–15Cu alloy powders (b) column temperature = 320 K, carrier gas pressure = 4 atm, flow rate = 10 cm3 min_1, sample gas = 0.13 mmol.
표 Separation parameters for HT and T2 on different columns
표 Separation of HT and T2 on column packed alumina prepared by hydroxide recipitation
표 Chromatogram of H2, HD and D2 mixture gas
표 Variations in Pd3d spectra as a function of oxidation
표 Pd membrane surfaces oxidized at (a) 23℃, (b) 230℃, (c) 240℃,(d) 270℃, (e) 390℃ and (f) 500℃.
표 Pd3d spectra of Pd membrane surfaces after oxidation and deoxidation.
표 Pd membrane surfaces after oxidization at different temperature and deoxidization at room temperature a) oxidized at 390 ◦C (b) oxidized at 500 ◦C.
표 Pressure of deuterium gas on the inlet side of the Pd membranes.
표 Transport properties of Pd-Cu membranes at 623 K.
표 Dependence of hydrogen flux on pressure difference at 623 K with the Pd.Cu composite membrane on the mesoporous alumina support coated with one intermediate layer (M1).
표 SEM micrographs of top views of Pd composite membranes prepared by the three different methods: (a) CELP; (b) SELP ; (c) VELP and (d) cross-section morphology of Pd membrane by VELP method.
표 Vacuum electroless-plated PD membranes of thickness, hydrogen permeation performance and usage
표 SEM image of the cross section showing thin Pd layer and graded Pd layer of the membrane prepared by the new activation with a potential of 4.0V
표 Pd membrane prepared by the new activation method with a potential of 4.0V showing (a) linear dependence of H2 flux for hydrogen pressure difference at 613–733K (b) linear relation of H2 permeance (in logarithmic scale) for reciprocal temperature at hydrogen pressure difference of 105 kPa.
표 The pressure (p) of deuterium, which permeated through the wall of the Pd77Ag23 membrane as a function of time (t), measured at following conditions: p0 =0, p1 = 56.6 hPa, and T = 303.2 K.
표 The solubility of hydrogen in the Pd77 Ag23 membrane at T = 303.2K(p , pressure; n = H/M, atomic ratio of hydrogen to metal). The solid line is eye guide.
표 Representative curves of the hy drogen permeation fluxes as a function of squareroot hydrogen pressure difference for the Pd-coated V99.8.xAlxB0.2 (x = 0, 10) alloy membranes under pure hydrogen and hydrogen.carbon dioxide gas mixture at 400 °C (Argon flow rate= 40mL/min).
표 The XRD patterns of V99.8-xAlxB0.2 (x = 0, 10) alloy membranes before and after the hydrogen permeation experiment under hydrogen-carbon dioxide gas mixture at 400 ℃.
표 SEM micrographs of porous (a) Ni support and (b) Ni electro plating.
표 SEM micrograph of (a) Pd-Cu sputtering coating on nickel porous support, (b) reflowed Pd-Cu sputtering coating layer at 700 ℃ for 1 hr.
표 SEM micrograph of annealed membrane (a) cross section Cu-Pd sputtering coating on nickel porous support and (ｂ)membr cross section.
표 Dependence of Permeability and selectivity on Temperature for Pd-Cu-Ni alloyed membrane under 2.2 psi pressure (Inlet:50％ H2+50％ N2).
표 Relationship between Zr content and the hydrogen permeability of amorphous alloys with or without Ta at 400 and 450 ℃
표 Hydrogen permeabilities and failure conditions for a series of Ni0.6Nb0.4 )100 - xZrx and (Ni0.6Nb0.3Ta0.1) 100 - xZrx (where x = 0, 10, 20 or 30) amorphous alloy membranes.
표 Hydrogen flux as a function of square-root pressure difference for Pd/YSZ membrane using 100 % H2 as feed gas
표 SEM images of membrane surface at different stages of preparation: (a) Raw PSS support (grade 0.1 mm), (b) after YSZ intermediate layer and (c) after Pd incorporation.
표 시스템 경계
표 Impact Factor Category
표 FE-SEM images

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