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신경망을 이용한 콘크리트 배합요소 및 압축강도 추정 (Prediction on Mix Proportion Factor and Strength of Concrete Using Neural Network)

  • 김인수;이종헌;양동석;박선규
    • 콘크리트학회논문집
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    • 제14권4호
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    • pp.457-466
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    • 2002
  • 현대사회에서 건설전반에 보편화되어 있는 레미콘은 다양한 사용재료의 물리 화학적 성분이 생산지 및 조성광물에 따라 다르므로 구해지는 결과 값 또한 무수한 변수가 있기 마련이다. 또한 콘크리트의 배합설계는 배합요소의 다변화로 인해 정확한 검정은 그리 간단하지가 않다. 신경망의 학습에 소요되는 시간은 컴퓨터의 성능 및 학습횟수(epoch)에 따라 다르고, 학습시 학습횟수를 최고 백만번까지 반복하도록 하였으며 학습 종료조건으로 최소자승법에 의해 목표 오차량이 0.10~0.001 사이가 될 때까지로 하였다. 신경망의 적용에는 현재 경북지방에 위치한 레미콘 회사중 A, B사에서 사용하는 콘크리트 시방배합표를 가지고 신경망 이론에 따라 학습시킨 후에 물시멘트비, 잔골재율, 단위수량, 단위시멘트량, 강모래의 단위량(S1), 부순모래의 단위량(S2), 단위굵은골재량 혼화제량을 추정하였고, 다음으로 압축강도 및 슬럼프 값을 각각 추정하였다. 배합요소 추정의 검정에 사용된 규격으로는 호칭강도 180~300kgf/${cm}^2$, 목표슬럼프값 8cm, 15cm를 사용하였고, 압축강도 및 슬럼프 값 추정에 사용된 규격으로는 회사별 최근 생산량이 가장 많은 호칭강도 210~240kgf/${cm}^2$, 목표 슬럼프 값 12, 15cm를 각각 사용하였다. 본 논문에서는 컴퓨터에 의한 학습 및 시뮬레이션을 통해 콘크리트의 배합요소, 압축강도 및 슬럼프 값을 추정하여 직접 실험 값과 비교함으로써 실험을 통하지 않고도 콘크리트의 배합요소 및 강도를 추정하는데 목적이 있다. 결과적으로 압축강도 및 슬럼프의 추정은 회사에 관계없이 오차량에 만족하여 수렴하는 것으로 나타나 인공신경망이론이 압축강도 및 슬럼프를 예측하는데 효율적인 것으로 판명되었다.

영남(소백산)육괴 북동부 평해지역 화강편마암류의 SHRIMP U-Pb 저콘 연대 (SHRIMP V-Pb Zircon Ages of the Granite Gneisses from the Pyeonghae Area of the northeastern Yeongnam Massif (Sobaeksan Massif))

  • 김남훈;송용선;박계헌;이호선
    • 암석학회지
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    • 제18권1호
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    • pp.31-47
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    • 2009
  • 영남(소백산)육괴 북동부의 고원생대 변성퇴적암류(평해층과 원남층)를 관입한 평해 화강편마암과 하다 우백질화강편마암에 대해 암석기재적, 지구화학적 및 지구연대학적 연구를 수행하였다. 평해 화강편마암은 하다 우백질화강편마암에 비해 대체로 흑운모 등 유색광물의 함량이 약간 높으며, 화학조성에서 $SiO_2$$K_2O$ 함량은 낮고 ${Fe_2}{O_3}^t$, MgO, CaO, $TiO_2$, $P_{2}O_{5}$ 등의 함량은 높다 하다 우백질화강편마암이 음(-)의 Eu 이상치가 다소 크지만 전체적인 희토류원소의 함량과 패턴은 평해 화강편마암과 매우 유사하다. 성분분화도에서 두 암체는 대체로 흑운모와 사장석, 인회석 또는 스핀의 정출에 의한 분화경향을 보인다. 두 화장편마암 모두 과알루미나질의 칼크-알칼리계열로 섭입대와 관련된 대륙화산호 조구조환경을 지시한다. 저어콘 U-Pb SHRIMP 연대측정의 결과를 보면 평해 화강편마암과 하다 우백질화강편마암의 상부교점연대는 각각 $1990{\pm}23\;Ma$ ($2{\sigma}$)와 $1939{\pm}41\;Ma$ ($2{\sigma}$)이고 $^{207}Pb/^{206}Pb$ 가중평균연령은 각각 $1982{\pm}6.3\;Ma$ ($2{\sigma}$)와 $1959{\pm}28\;Ma$ ($2{\sigma}$)로 오차범위에서 서로 겹치는 연대를 보인다. 따라서 이 지역에서의 선캠브리아기 화강암류의 관입시기는 분천화강편마암의 관입과 동시대이며, 태백산지역에서의 화강암질마그마작용은 대부분 이 시기에 대륙화산호 환경에서 있었던 것으로 해석된다.

산지 신개간 토양에서 사료용 옥수수 수확시기가 생육특성, 생산성 및 사료가치에 미치는 영향 (Effects of Harvest Stage on Agronomic Characteristics, Yield and Feed Value of Silage Corn in the Newly Reclaimed Hilly Land)

  • 도구호;김은중;이상무
    • 한국초지조사료학회지
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    • 제32권3호
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    • pp.253-264
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    • 2012
  • 본 연구는 최근 야산을 절개하여 조성한 신개간 토양에 옥수수를 파종한 후 수확시기별 생산능력 및 영양수량을 평가함과 동시에, 국내 조사료 생산기반을 확충하기 위한 방안의 기초자료를 제공하고자 실시하였다. 실험설계는 수확기를 유숙기(97일), 호숙기(105일), 황숙기(112일) 및 늦은 황숙기(119일) 4처리 3반복으로 5월 6일 파종하여 숙기별 각각 8월 10일, 18일, 25일, 9월 1일에 수확하였다. 그 결과를 보면 착수고, 엽수, 암이삭 길이는 황숙기에서 높게 나타났으며(p<0.05), 고사엽, 경경도, 당도는 늦은 황숙기에서 높게 나타났다(p<0.01). 그리고 경의 굵기는 숙기가 진행됨에 따라 가늘게 나타났다(p<0.01). 엽폭, 알곡충실도 및 생초수량은 숙기에 따라 유의적인 차이를 보이지 않았다. 건물수량은 숙기가 진행됨에 증가하는 것으로 나타났다(p<0.01). 조단백질 및 조지방 함량은 숙기 간 다소 차이가 나타났지만 유의적 차이는 없었다. 그러나 조회분 함량은 유숙기에 비하여 늦은 황숙기가 낮은 것으로 나타났다(p<0.05). NDF와 ADF 함량은 숙기가 진전됨에 따라 유의적으로 감소하는 경향을 나타냈다(p<0.01). 무기물 성분을 보면 Ca은 유숙기(p<0.05)에, Fe와 P의 함량은 호숙기에(p<0.05, 0.01) 각각 높게 나타났다. 그러나 다른 무기물은 유의적 차이를 나타내지 않았다. 총 무기물 함량은 숙기가 진점됨에 따라 유의적으로 감소하는 경향을 나타냈다(p<0.01). 구성아미노산 함량에 있어서 필수아미노산, 비필수아미노산 및 총아미노산(필수+ 비필수 아미노산) 함량은 황숙기에서 높은 수치를 보였지만 숙기 간 유의적인 차이는 나타나지 않았다. 총 유리당 함량은 유숙기> 호숙기> 황숙기 > 늦은 황숙기 순으로 높게 나타났지만 상호간 유의적 차이는 없었다. 조단백질 수량은 황숙기> 늦은 황숙기> 호숙기> 유숙기 순으로 높게 나타났으며(p<0.01), 조지방 수량은 늦은 황숙기> 황숙기> 호숙기> 유숙기 순으로 높게 나타났다(p<0.01). 광물질 수량은 숙기 간 유의적 차이가 없었다. 아미노산 및 TDN 수량은 늦은 황숙기에 가장 높게 나타났다(p<0.01). 이상의 결과로 볼 때 사일리지용 옥수수를 산지 신개지에 재배 시 생육특성, 사초생산량 및 영양수량을 고려하면 황숙기나 늦은 황숙기에 수확하는 것이 유리한 것으로 생각된다.

한반도 지열수의 지화학적 연구: 환경동위원소 및 수문화학적 특성 I. 부곡 지역 (Geochemistry of Geothermal Waters in Korea: Environmental Isotope and Hydrochemical Characteristics I. Bugok Area)

  • 윤성택;고용권;김천수;소칠섭
    • 자원환경지질
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    • 제31권3호
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    • pp.185-199
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    • 1998
  • 1995~1996년중 부곡 지열수 지역에서 채수한 유형별 자연수를 대상으로 수문지구화학 및 환경동위원소 연구를 수행하였다. 연구 지역에는 물리화학적으로 뚜렷히 구분되는 세 유형의 자연수, 즉 (1) 군접 I (지열수 지역의 중심부에서 산출되고 최대 $77^{\circ}C$의 용출 온도를 갖는 $Na-SO_4$ 유형), (2) 군집 II(외곽부에서 산출되며 다소 낮은 온도를 갖는 $Na-HCO_{3}-SO_{4}$ 유형) 및 (3) 군집 III(지표수나 천층 냉각 지하수로서 $Ca-HCO_3$ 유형)이 함께 산출된다. 군집 I은 Ia 및 Ib로 세분된다. 수문지구화학적 진화는 수 암 반응의 증가에 따라 군집 III$\rightarrow$II$\rightarrow$I의 순으로 진행되었다. 군집 II 및 III의 자연수는 비교적 낮은 수-암 반응, 특히 방해석 및 Na-사장석의 용해 반응에 의해 형성되었지만, 군집 I은 사장석, K 장석, 백운모, 녹려석, 황철석 등과의 높은 수-암 반응에 의해 형성되었다. 용존 황산염의 농도 및 황동위원소 조성은 지열수의 기원 및 전화를 해석하는데 중요한 정보가 된다. 용존 황산염은 퇴적 기원 황철석의 산화에 의해 생성되거나 (군집 Ib의 경우), 또는 열수의 상승 통로인 단열대에 존재하는 마그마 열수기원 황철석의 용해에 의해 생성되었다 (군집 Ia의 경우). 지열 저장지의 온도 규명을 위한 알칼리 이온 지옹계의 적용성은 화학조성을 변화시키는 요인들, 특히 마그네슘이 풍부한 지표수와의 혼합에 의해 제한된다. 그러나 다성분 광물/물 평형계에 대한 열역학적 계산 및 유체포유물 설험 결과, 심부 지열 저장지 (냉각중인 화성암체?)의 온도는 $125^{\circ}C$에 이르는 것으로 판단된다. 환경동위원소 (산소-수소, 삼중수소) 연구에 의하면, 자연수는 모두 상이한 충진 특성을 갖는 강우로부터 기원하였다. 특히 군집 Ia의 물은 심부 지열 저장지까지 심부 순환한 오래된 (40년 이상) 강우로부터 기원하였으며 지표부 물과의 혼합 정도도 낮다. 본 논문에서는 황산염이 풍부한 국내 지열수의 성인 및 진화에 관한 모델을 제시한다.

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미국에서의 선발명자 항변에 관한 연구 (A Study on the first inventor defense in the US patent law)

  • 장은익
    • 한국산학기술학회논문지
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    • 제7권6호
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    • pp.1319-1336
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    • 2006
  • 현재 한국미국 자유무역협정(FTA) 협상이 진행되고 있고, 한미 FTA협상에는 지적재산권분야도 포함되어 있다. 현재까지 한-미 FTA 협상 지적재산권 분야 특히 특허분야 쟁점사항으로는 특허발명의 강제실시 제한 등이 있다. 미국은 이러한 협상을 통하여 미국 기업의 이익을 보호하기 위해서 미국 수준의 지적재산권 보호를 한국에 강요하고 있고, 앞으로도 특허분야에서 특허침해에 대한 공세가 상당히 강화될 것으로 예상된다. 이에 대한 대비 중 하나로서 미국의 선발명자 항변에 대하여 현재의 법령 및 개정법령에 대한 이해 및 우리나라 선발명자가 미국의 선발명자 항변권을 얻기 위한 대응전략에 대한 연구가 필요하다고 본다. 특허법체계하에서는 선등록주의를 채택하고 있는 국가나 선발명주의를 채택하고 있는 국가나 일정한 제한조건하에서 선사용자에게 후 발명(후출원)자에 의한 특허가 등록이 되어도 계속하여 특허된 발명을 사용할 권리를 부여하고 있다. 통상적으로는 선발명자 항변은 선등록주의를 채택하고 있는 나라에서 선등록주의의 약점을 보완하기 위해 채택한 제도로서 활용되고 있다. 미국 특허법은 선발명주의를 채택하고 있음에도 불구하고 선발명자 항변을 인정하고 있다. 따라서 미국이 동 제도를 채택하게 된 배경, 인정되는 권리의 범위 및 동 제도의 2005년도 미국 특허법 개정(안)을 살펴보고, 우리나라 선발명자가 미국의 선발명자 항변권을 얻기 위한 우리나라 특허법내에서의 대응전략 및 연구현장에서의 대응전략을 모색하는 것은 우리나라 기업들이 미국의 특허법체계하에서 진행되는 각종 공세를 대비하기 위한 사전 대비책에 시사점을 제시해주리라 생각한다.로 두께 $1{\mu}m$의 박막요소를 FIB가공과 백금 용접으로 떼어낸 후 FIB가공으로 두께가 100 nm가 되도록 한 후 투과전자현미경을 이용하여 성분 분석을 하는 것이 성공적으로 수행될 수 있었다.것으로 사료된다. 미생물을 이용한 결정질의 자철석으로부터 철의 용출 및 비정질의 2차물질의 형성은 미생물의 퇴적물 내에서 철의 순환에 중요한 역할을 담당할 뿐만 아니라 미생물을 이용한 유용물질의 침출(Bioleaching) 및 생광화작용에 따른 광물의 합성 가능성을 시사한다. 있는 균주는 1주(2.8%)만 나타났고 bla$_{TEM}$, bla$_{CTX-M}$두 가지 유전자를 가지고 있는 균주는 9주(25.0%), bla$_{SHV}$, bla$_{CTX-M}$ 두 가지 유전자를 가지고 있는 균주가 10주(27.8%)로 나타나 bla$_{CTX-M}$을 포함하는 복합유전자가 많이 증가함을 알 수 있었다. 또한 CTX-M형 ESBL을 생성하는 E. coli와 K. pneumoniae에 대한 cefutaxime의 MIC는 256 $\mu$g/m1 이상으로 ceftazidime의 16-256 $\mu$g/mL 이상보다 높은 분포를 보였다. 즉, CTX-M형 ESBL 유전자를 지닌 균주에 대한 cefotaxim의 MIC는 ceftazidime의 MIC에 비해서 상대적으로 높은 양상을 보였다. 이러한 결과는 국내의 대학병원 뿐 만 아니라 일반종합병원에서도 CTX-M형 ESBL

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PH 변화에 따른 카올리나이트와 유로퓸(Eu)의 흡착에 대한 휴믹산의 영향 (Effects of Humic Acid on the pH-dependent Sorption of Europium (Eu) to Kaolinite)

  • 한윤이;신현상;이동석;이명호;정의창
    • 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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    • 제14권4호
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    • pp.23-32
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    • 2009
  • 본 연구에서는 pH(3 ~ 11)에 따른 카올리나이트(kaolinite)와 유로퓸(Eu(III)의 흡착에 있어서 휴믹산(HA)이 미치는 영향을 회분식 실험(V/m = 250 : 1 mL/g, $C_{Eu(III)}\;=\;1\;{\times}\;10^{-5}\;mol/L$, $C_{HA}\;=\;5{\sim}50\;mg/L$, $P_{CO2}=10^{-3.5}\;atm$)을 통해 조사하였다. 반응 상등액 중 HA 농도는 254 nm에서의 UV 흡광도(즉, $UV_{254}$) 분석을 통해 결정하였고, Eu(III) 농도는 마이크로웨이브(microwave)를 통한 전처리 후 ICP-MS를 이용하여 측정하였다. 실험결과, 카올리나이트에 대한 HA의 흡착은 전형적인 Langmuir 흡착 특성(pH 3 제외)을 보였으며, pH가 증가할수록 감소하였다. pH 4 ~ 11에서의 최대 흡착량($q_{max}$)은 4.73 ~ 0.47 mg/g의 범위이었다. 카올리나이트에 대한 Eu(III) 흡착은 pH 3 ~ 5에서 급격히 증가한 이 후 pH 6이상에서 흡착포화(adsorption edge)에 도달하는 전형적인 Eu-광물질 흡착곡선을 보였다. 그러나 HA가 존재하는 경우 pH에 따른 흡착특성에 변화를 보였다. 즉, pH가 낮은 산성영역(pH 3 ~ 4)에서는 카올리나이트에 흡착된 HA에 의한 Eu의 추가 흡착으로 인해 Eu의 흡착율이 상승하나, 중성 및 알칼리 영역(pH > 6)에서는 용존성 EuHA 착물 형성으로 인해 Eu 흡착율이 크게 감소하였다. 이러한 카올리나이트-Eu-HA 삼성분계에서의 흡착실험 결과는 카올리나이트-HA, 카올리나이트-Eu 등의 결과와 비교 해석하였고, pH에 따른 흡착 기작의 차이점을 고찰하였다.

상토에서 일라이트의 혼합비율에 따른 고추 육묘시 생육효과 (Effect of Different Levels of Applications of Illite on the Growth of Red Pepper (Capsicum annuum L.) in Bed Soil)

  • 이석언;김홍기;권상문;김희정;유리비;백기태;이문순;우선희;박만;정근욱
    • 한국토양비료학회지
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    • 제43권6호
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    • pp.852-857
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    • 2010
  • 점토광물 일라이트를 이용하여 고추의 생육증진 효과를 평가하기 위하여 2010년 충북대학교 첨단원예 유리온실에서 시험을 수행 하였다. 시험은 상토를 이용하여 수행하였으며 일라이트 처리는 기준량 처리 1:20 (w/w), 2배량 처리 1:10 (w/w), 4배량 처리 1:5 (w/w)의로 처리하였으며 재배기간 동안 수분공급 이외에 다른 영양성분은 일체 공급하지 않았다. 고추는 대촌을 선택하여 실험하였으며 작물의 양이온 K, Ca, Mg의 흡수량을 측정하여 일라이트 처리에 따른 효과의 차이를 평가하였다. 6주간의 생육 특성을 비교 해본 결과 고추는 무처리구 대비 1~21%의 생장이 증가함을 보였다. 처리량에 따른 고추의 뿌리, 줄기, 잎에서의 무처리구 대비 처리구의 흡수량은 K가 무처리구 대비 뿌리에서 -0.09-32%, 줄기 34-85%, 잎에서 29-110%, Ca는 뿌리에서 -12-29%, 줄기 49-120%, 잎에서 22-86%, Mg의 뿌리는 -0.3-56%, 줄기 40-128%, 잎은 31-155%의 차이를 보였다. 또한 고추 대촌은 일라이트 처리량에 따라 양분흡수량이 증가한다는 것을 확인할 수 있었으며 이로 인하여 고추의 생장의 차이가 발생하였다고 사료된다.

레이저유도붕괴분광법을 활용한 토양의 정량분석 (Quantitative Elemental Analysis in Soils by using Laser Induced Breakdown Spectroscopy(LIBS))

  • 장용선;이계준;이정태;황선웅;진용익;박찬원;문용희
    • 한국토양비료학회지
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    • 제42권5호
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    • pp.399-407
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    • 2009
  • 레이저 유도붕괴 분광법(LIBS)은 물질상태(고체, 액체, 기체)에 상관없이 신체 접촉시 오염 우려 및 미량 시료도 전처리 없이 동시에 많은 종류의 원소 분석으로 분석과정이 단순하고 신속하게 분석이 가능하며, 소형화된 레이저의 개발로 시료의 직접적인 채취가 어려운 조건의 현장분석에도 적합하다. 농산물 안정성 평가나 친환경 농업 및 정밀농업을 위한 조사 등에 활용될 수 있는 비파괴 실시간 정량분석기술로서 LIBS 분석법의 토양분석 가능성을 평가하고자 표준광물, 미국의 표준기술연구소의 표준토양, 미국 테네시주 초지 및 밭토양을 대상으로 토양 구성성분의 정성 정량적 분석에 필요한 측정조건을 조사하고 이를 토대로 LIBS에 의한 농도값과 기존의 화학분석법을 통해 측정한 결과를 비교하였다. LIBS 측정은 펄스형 Nd:YAG 레이저(Minilite II, Continuum, Santa Clara, CA)에서 나오는 1064 nm 에너지 파장의 광원을 시편의 플라즈마를 생성시키는데 사용하였고, 25 mJ/pulse 여기 에너지 빔을 펄스폭 35 ns, 펄스 반복 주기 10 Hz, 노출시간 10 s 동안 시료의 표면에 조사하였다. LIBS 분광은 0.03 nm의 해상력으로 200 nm에서 600 nm의 영역에서 50 m 이하로 분쇄하여 원형 펠렛 형태로 압축시킨 시료를 10 rpm의 속도로 회전시키면서 상온 상압의 실험실 조건에서 수행되었다. LIBS를 이용한 토양 중 주요한 원소의 적정 파장(nm)은 Al(I) 309.2 nm, Ca(I) 422.6 nm, Fe(I) 406.4 nm, Mg(I) 285.2 nm, Na(I) 589.2 nm, Si(I) 288.2 nm, Ti(I) 398.9 nm 이었다. LIBS의 피크강도가 물질 중 원소의 농도가 증가됨에 따라 각 원소의 특정 파장대에서 일정하게 증가되는 것으로 나타나고 있으나 표준물질의 LIBS의 신호비와 원소비를 통해 측정된 검량곡선의 상관계수($r^2$)는 0.863에서 0.977의 범위로 원소별로 상이할 뿐만 아니라 0.98에 미치지 못하였다. 또한, 토양 중 분석대상원소에 대하여 기존 ICP-AES에 의한 표준방법으로 분석된 시료의 측정값과 비교하여 상대적인 오차는 대략적으로 (-)40%에서 80%이상이며, 평균오차는 32.2%로 표준척도 20% 이상을 초과하였다. LIBS에 의한 토양분석은 토양의 조성과 입자의 크기에 따른 매질효과(matrix effect)로 표준물질의 검량곡선에서 결정계수가 낮고, 원소별 함량도 기준의 표준방법과 비교할 때 오차가 컸다. 따라서 LIBS에 의한 토양분석은 정성적인 분석 수준의 정밀도를 보였으며, 토양 매질의 영향을 최소화하기 위하여 기존의 분쇄 펠렛형 시료조제 및 회전측정 이외의 다양한 토양매질의 표준물질(standard reference material)의 확보, 새로운 전처리 방법 및 측정상 방법개선 등 신뢰성 있는 정량 분석을 위한 노력이 필요할 것으로 사료된다.

알럼 및 철수산화물 흡착제의 광산배수 내 비소 흡착성능 비교연구 (A Comparison Study of Alum Sludge and Ferric Hydroxide Based Adsorbents for Arsenic Adsorption from Mine Water)

  • 최궁원;박성숙;강찬웅;이준학;김선준
    • 자원환경지질
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    • 제54권6호
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    • pp.689-698
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    • 2021
  • 2007년부터 국내 광해방지기본계획이 추진되어 광해발생 광산에 대한 광해방지사업이 진행되어 왔으며 2011년부터 2015년까지 254개 광산에서 발생된 광해를 처리 및 복구하였다. 그러나 추가적인 광해 발생 발견으로 오염갱내수 유출량이 지속적으로 증가함에 따라 보다 효율적이고 경제적인 처리기술이 요구되고 있다. 따라서 본 연구에서는 정수처리장의 슬러지 폐기물을 활용해 제조한 알럼 슬러지 흡착제(Alum based adsorbent, ABA-500)와 과립상 철수산화물 흡착제(Granular ferric hydroxide, GFH)를 광산배수 내 오염물질인 비소를 대상으로 각각의 흡착특성을 비교 및 분석했다. 이들 흡착제의 주요 구성 성분은 각각 알루미늄/규소 계열의 광물과 비정질 철수산화물이었다. 고형첨가방법으로 흡착제의 영전하점을 분석한 결과 ABA-500, GFH 각각 pH 5.27, 6.72에서 표면전하량이 0이 되었다. BET 분석을 통한 질소 등온 흡탈착 결과 세 흡착제 모두 메조기공이 발달해 있었고, GFH의 비표면적은 257 m2·g-1으로 126~136 m2·g-1인 ABA-500 보다 매우 높은 값을 보였다. 세 종류의 흡착제로 비소 흡착 회분식 실험을 진행했으며, 반응시간과 초기 비소농도, pH 및 온도에 따라 흡착효율을 비교했다. 동적흡착실험 결과 GFH, ABA-500(granule), ABA-500(3mm) 순으로 빠르게 비소를 흡착했고 세 흡착제 모두 유사 2차 반응속도 모델을 따르는 것으로 나타났다. 또한 세 흡착제 모두 낮은 pH와 높은 온도에서 비소 제거율이 증가했으며, GFH가 가장 뛰어난 비소 흡착능을 보였다. 흡착제 ABA-500(granule)과 GFH를 초기 농도에 따라 1시간 반응시킨 경우 0.2와 1 mg·g-1 이하 조건에서 비소를 국내 음용수 기준치 이하로 제거할 수 있었다. 따라서 정화대상지의 비소 오염 정도가 낮은 경우 경제성을 고려해 ABA-500(granule)을 흡착매질로 적용할 수 있을 것으로 기대된다.

광산배수 정화시설 철 슬러지 기반 흡착제를 활용한 수용액상 불소 흡착에 관한 연구 (A Study of Fluoride Adsorption in Aqueous Solution Using Iron Sludge based Adsorbent at Mine Drainage Treatment Facility)

  • 이준학;김선준
    • 자원환경지질
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    • 제54권6호
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    • pp.709-716
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    • 2021
  • 본 연구에서는 강원도 강릉에 위치한 광산배수 처리시설 침전지에서 채취한 철 수산화물 기반의 슬러지를 자연 건조해 제조한 흡착제를 사용하여 인공 불소 수용액 및 실제 광산배수에 적용하여 흡착제의 불소 흡착 특성을 확인하였다. 실험에 사용된 흡착제의 화학적 성분, 광물학적 특성 및 비표면적을 분석한 결과, 주구성광물로 산화 철(Fe2O3)이 79.2 wt.%를 차지하며, 결정구조 분석에서 방해석(CaCO3)과 관련된 피크가 분석되었다. 또한 불규칙한 표면과 216.78 m2·g-1의 비표면적을 가지고 있음이 확인되었다. 실내 회분식 실험에서는 반응시간, pH, 초기 불소 농도 및 온도 등의 변화가 흡착량 변화에 미치는 영향을 확인하였다. 동적 흡착실험 결과, 불소의 흡착은 반응 시작 16시간 후 3.85 mg·g-1의 흡착량을 보이며 흡착량이 증가하다 점차 흡착량의 증가율이 감소하였으며, 등온 흡착실험에서 확인된 흡착제의 이론적 최대 흡착량은 81.01 mg·g-1으로 분석되었다. 또한 pH가 증가할수록 불소의 흡착량이 감소하는 모습을 보였으며, 특히 흡착제의 영전하점인 pH 5.5 부근에서 급격한 감소량을 나타냈다. 한편 등온 흡착실험의 결과를 Langmuir 및 Freundlich 등온 흡착 모델에 적용하여 사용한 흡착제의 불소 흡착 메커니즘을 유추한 결과, Freundlich 등온 흡착 모델과 더 높은 상관관계(R2=0.9138)로 일치하는 모습을 보였다. Van't Hoff 식을 활용하여 흡착제의 열역학적 특성을 파악하기 위해 25℃에서 65℃까지 온도를 증가시키며 획득한 흡착량 정보로 열역학적 상수 𝚫H°와 𝚫G°을 계산하여 흡착제가 흡열의 흡착 특성을 보이며 반응이 비자발적임을 도출하였다. 마지막으로 약 12.8 mg·L-1의 불소 농도를 가지는 광산배수에 흡착제를 적용하여 실제 환경에서 흡착제의 적용가능성을 확인한 결과, 약 50%의 불소 제거효과가 있는 것으로 나타났다.