• 청정기술
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• 제27권4호
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• pp.332-340
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• 2021

최근 사업장 질소산화물(NOx) 배출허용기준 강화(2019년 1월 적용)에 따라 다량 배출사업장에서 배출되는 질소산화물을 배출허용기준 이하로 만족하기 위한 노력이 필요하다. 대표적인 질소산화물 저감 방법으로 선택적 촉매 환원법(selective catalytic reduction, SCR)을 주로 사용하고 있으며, 일반적으로 세라믹 허니컴(ceramic honeycomb) 촉매를 사용하고 있다. 본 연구에서는 높은 열적 안정성과 기계적 강도를 가지는 금속지지체 탈질 코팅촉매를 적용하여 제철소에서 배출되는 질소산화물를 저감하기 위한 연구를 수행하였다. 금속지지체 코팅촉매는 최적화된 촉매슬러리(catalyst slurry) 코팅방법을 통해 제조하였고, 내마모 시험과 굽힙 시험을 통해 코팅된 촉매가 균일하고 강건하게 부착되어 있음을 확인하였다. 금속지지체가 가지는 우수한 열전도 특성으로 인해 저온영역(200 ~ 250 ℃)에서 세라믹 허니컴 촉매보다도 우수한 탈질효율을 보였다. 또한 경제적인 촉매 설계를 위해 금속지지체 표면 상에 코팅되는 촉매의 최적 코팅량을 확인하였다. 이러한 연구결과를 바탕으로 제철소 배기가스 모사환경에서 상용급 금속지지체 코팅촉매에 대한 준파일럿 탈질 성능평가를 수행하였고, 저온영역(220 ℃)에서도 배출허용기준치(60 ppm 이하)을 만족하는 우수한 성능을 나타내었다. 따라서 물리화학적 특성이 우수한 금속지지체 코팅촉매가 최소량의 촉매 사용으로도 우수한 탈질 성능을 나타내었으며, 넓은 비표면적을 가지는 고밀도 금속지지체 적용을 통해 배연 탈질 촉매 반응기의 콤팩트화 및 소형화가 가능하였다. 이러한 결과를 바탕으로, 본 연구에서 사용된 금속지지체 코팅촉매는 제철소뿐만 아니라 화력발전, 소각장, 선박, 건설기계 등 다양한 산업 분야에 적용할 수 있는 새로운 형태의 촉매가 될 것이다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제37권6_1호
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• pp.1739-1756
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• 2021

대기 중 이산화질소(NO₂)는 주로 인위적인 배출요인으로 발생하며 화학 반응을 통해 이차오염 물질 및 오존 형성에 매개 역할을 하는 인체 건강에 악영향을 미치는 물질이다. 우리나라는 지상 관측소에 의한 실시간 NO₂ 모니터링을 수행하고 있지만, 이는 점 기반의 관측 값으로써 미관측 지역의 공간 분포 분석이 어렵다는 한계점을 지닌다. 본 연구에서는 선형 회귀 기반 모델인 다중 선형 회귀와 회귀 크리깅, 기계학습 알고리즘인 Random Forest (RF), Support Vector Regression (SVR)을 적용한 공간 내삽 모델링을 통해 서울 지역의 지상 NO₂ 농도 지도를 제작하였고, 일별 Leave-One-Out Cross Validation (LOOCV) 교차 검증을 시행하였다. 2020년 연구기간 내 일별 LOOCV에서 MLR, RK, SVR 모델의 일별 평균 Index of agreement (IOA)는 약 0.57로 유사한 성능을 보였으며, RF (0.50)보다 높은 성능이 확인되었다. RK의 일별 평균 nRMSE는 0.9483%으로 MLR (0.9501%)보다 상대적으로 낮은 오차를 나타냈다. MLR과 RK, RF 모델의 계절별 공간 분포는 비슷한 양상을 보였으며, RF는 다른 모델에 비해 좁은 NO₂ 농도 범위가 확인되었다. 본 연구에서 제안된 선형 회귀 기반 공간 내삽은 지상 NO₂ 뿐 아니라 다른 대기 오염 물질의 도시 지역 공간 내삽을 위해 활용 가능성이 높을 것으로 기대된다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제54권5호
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• pp.653-658
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• 2016

Poly(ether-block-amide)(PEBAX$^{(R)}$)는 열가소성 탄성체(thermoplastic elastomer, TCU)로서 hard-rigid amide block과 soft-flexible ether block으로 구성되어 있으며, 분자량과 두 block간의 구성비에 따라 여러 종류가 있다. PEBAX$^{(R)}$는 분리막소재로 이용할 경우 PEBAX$^{(R)}$의 hard amide block은 우수한 기계적 특성과 선택도를, 그리고 soft ether block은 높은 투과도를 제공할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 2종류의 PEBAX$^{(R)}$를 사용하여 기체 분리막을 제조하고, 종류에 따른 이산화탄소와 메탄의 투과특성 변화를 연구하였다. 또한 순수 PEBAX$^{(R)}$ 분리막의 투과특성을 향상시키기 위해 GPTMS ((3-glycidoxypropyl)trimethoxysilane)를 무기전구체로 사용한 PEBAX$^{(R)}$/silica 하이브리드 분리막을 제조하여 이산화탄소와 메탄의 투과특성을 측정하였으며, 29Si-NMR, DSC, SEM 분석을 통해 무기전구체의 도입에 따른 고분자의 구조 변화를 연구하였다. 순수 PEBAX$^{(R)}$-1657과 PEBAX$^{(R)}$-2533 분리막의 투과도 측정 결과, 상대적으로 높은 ether block 비율의 PEBAX$^{(R)}$-2533 분리막의 투과도 계수가 높은 값을 가졌다. 상대적으로 높은 ether block 함량 때문에 고분자 사슬의 유연성이 보다 크기 때문으로 볼 수 있고, 이로 인한 확산선택도의 감소 효과에 의해 이상분리인자는 PEBAX$^{(R)}$-1657 분리막이 보다 높은 값을 가졌다. PEBAX$^{(R)}$/GPTMS 하이브리드 분리막의 기체투과도 측정 결과 $CO_2$와 $CH_4$ 모두 반응시간이 경과됨에 따라 $CO_2$에 비해 $CH_4$의 투과도 계수가 낮아졌으나 이상분리인자는 증가함을 보였다. GPTMS가 가수분해되어 생성된 silanol이 고분자 사슬에 침투되어 축합과정을 거치며 공유결합에 의해 사슬간 결합이 커지고 사슬의 운동성을 감소시켜 투과도 계수가 낮아진 것으로 보이며, PEO segment와 $CO_2$와의 강한 친화도에 의해 $CO_2$의 투과도계수가 상대적으로 덜 낮아진 것으로 판단된다. 순수 PEBAX$^{(R)}$-1657 순수 분리막의 결과와 비교하였을 때 이상분리인자는 4.5% 감소한 반면 $CO_2$ 투과도계수는 3.5배 증가하는 우수한 결과를 보였다.

• 한국식품영양과학회지
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• 제44권9호
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• pp.1339-1346
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• 2015

선행연구는 자일리톨과 수크랄로스가 백설기의 관능적 특성 및 제조 직후 물성에 유의적 영향 없이 설탕을 대체할 가능성을 보여주었다. 본 연구에서는 설탕을 자일리톨로 대체 시 비용 상승과 수크랄로스로 대체 시 저장 중 경도 증가의 한계를 극복하고자 두 감미료의 혼합 사용을 시도하였다. 설탕 백설기(Sugar군)를 대조군으로, 설탕에 대한 자일리톨과 수크랄로스의 대체 비율을 달리하여 제조된 SL0(수크랄로스 : 자일리톨=0:100), SL20, SL40, SL60, SL80, SL100 (수크랄로스 : 자일리톨=100:0) 군을 실험군으로 하여 총 7종의 백설기를 제조하였다. 자일리톨 백설기(SL0)는 수분함량이 대조군과 유의적으로 다르지 않았으나 자일리톨 대체율을 감소시키고 수크랄로스 대체율을 증가시킬수록 백설기의 수분 함량은 유의적으로 감소하였다(P<0.01). 이는 수크랄로스의 무흡습성에서 기인한 것으로 해석되었으며, 제조 직후 및 저장 중 백설기의 응집성 변화와 비례적 관계를 보였다. 대조군에 비해 자일리톨과 수크랄로스를 사용한 실험군 백설기들은 모두 수용성 고형분 함량이 유의적으로 낮았으며(P<0.001), Maillard 갈변반응의 부재로 기계적 명도가 유의적으로 높았다(P<0.001). 그러나 이러한 이화학적 변화들은 단맛 및 색 특성에 대한 관능 평가에서는 관능적 인지 수준 이하의 차이로 나타났다. 특히 자일리톨 수크랄로스 혼합 첨가 백설기들은 제조 직후 자일리톨과 수크랄로스의 상대적 대체비율에 관계없이 관능적 특성 및 기호도 평가에서 Sugar군과 유의적으로 다르지 않았다. 한편 백설기를 $4^{\circ}C$ 냉장온도에서 7일간 저장했을 때 모든 군에서 수분의 유의적 변화 없이 경도 증가를 나타내었으며, 이는 냉장온도에서 가속화된 전분의 노화 현상으로 해석되었다. 특히 경도 증가 현상이 수크랄로스 백설기(SL100)에서 가장 크게 나타나고 자일리톨을 함유한 백설기들(SL0~SL80)에서는 상대적으로 낮게 관찰됨으로써 수크랄로스 백설기에서 관찰된 저장 중 경도 증가의 물성적 한계가 흡습성 소재인 자일리톨의 혼합 사용으로 일부 개선될 수 있음이 확인되었다. 특히 자일리톨 대체율이 높은 SL20군은 수크랄로스를 함유하고 있음에도 불구하고 저장 후 수분보유력 및 응집성이 Sugar군과 유의적 차이를 나타내지 않음으로써 관능적 측면뿐 아니라 화학적 물리적 특성에서도 설탕을 효과적으로 대체해주었다. 본 연구는 자일리톨과 수크랄로스가 각각 설탕 대체재로서 지닌 한계점인 비용 상승과 저장 중 물성 변화를 각 감미료의 장점인 보습성과 경제성으로 각각 보완해줌으로써 자일리톨과 수크랄로스의 혼합 사용이 설탕 대체재의 대안이 될 수 있음을 시사해주었다.

• 한국식품과학회지
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• 제43권5호
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• pp.588-596
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• 2011

강원도 삼척의 특산물인 머루의 활용도를 높이고 아울러 지역을 대표하는 향토음식을 개발하기 위한 일환으로, 본 연구에서는 머루즙을 첨가한 화전의 개발이 가능한지를 검토하였다. 먼저, 머루 화전 개발에 있어 화전에 첨가될 주요 부재료인 머루즙의 화학적 특성 및 안전성을 평가하였다. 이후, 머루즙을 농도(머루즙무첨가 화전의 수분함량을 기준으로 0, 5, 15, 30, 50%)를 달리하여 첨가하여 화전을 제조한 후, 화전의 이화학적 및 관능적 특성을 무첨가 화전과 비교함으로써, 머루의 기능성이 화전의 물성에 부정적 영향 없이 부가될 수 있는지를 평가하였다. 본 연구의 결과는 크게 다음과 같이 요약할 수 있다. 화전 제조에 사용된 삼척산 머루즙은 Ca:P의 비율이 1.6:1이고, K 함량은 Na 함량에 비해 80배 이상 높아, 영양학적으로 우수한 무기질 조성을 나타내었다. 또한, 4종 중금속 Pb, Hg, Cd, Sn에 대해 식품공전의 규격을 충족시킴으로써 중금속에 대해 높은 안전성을 나타내었다. 특히, 삼척산 머루즙 1 g은 quercetin 193.4 ${\mu}g$에 상응하는 환원력을 보유한 것으로 나타났으며, 이는 머루 열매의 대표적 항산화물질이며 기능성 색소인 안토시아닌(anthocyanin)의 높은 항산화력에서 기인한 것으로 해석되었다. 머루즙 첨가화전은 첨가농도가 높을수록 안토시아닌의 함량 증가로 화전의 명도는 낮아지고 적색도는 높아지는 결과를 나타내었다. 화전의 pH는 유기산(주석산)의 영향으로 머루즙 첨가농도에 비례하여 감소하였으며, 당도는 첨가농도에 따른 비례적 증가가 뚜렷하게 관찰되었다. 머루즙에 내재하는 당과 단백질의 영향으로 화전의 수분보유량은 머루즙 첨가군에서 유의적으로 증가하였으며, 화전을 지지는 과정 중 일어나는 수분과 유지의 교환 반응으로 조지방의 함량은 수분보유량과 반비례의 양상을 나타내었다. 머루즙 첨가는 화전의 기계적 물성치인 경도, 점착성, 저작성을 증가시켰으며 이는, 머루즙 첨가로 화전에 부가된 유기산과 당이 화전 제조 시 전분의 호화와 팽윤을 방해하였기 때문으로 해석되었다. 그러나, 머루즙 첨가로 부가된 당은 화전 내부에 더 많은 수분을 보유하게 함으로써, 머루즙 첨가 화전은 촉촉한 정도, 부드러운 정도, 쫄깃한 정도 및 종합적 기호도 등 관능적 특성 전반에 걸쳐 무첨가군에 비해 유의적으로 더 높은 기호도를 나타내었다. 특히, 머루즙 30%, 50% 첨가군이 가장 높은 기호도를 나타냄으로써, 머루즙 첨가로 화전의 관능적 특성 개선 및 기능성이 부가될 수 있음을 시사하였다.

• 대한원격탐사학회지
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• 제36권5_3호
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• pp.1053-1066
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• 2020

이산화황(SO₂)은 대기 중 화학 반응을 통해 2차 대기오염물질을 생성하는 전구체로, 주로 산업활동이나 주거 및 교통 활동 등을 통해 배출된다. 장기간 노출 시 호흡기 질환이나 심혈관 질환 등을 유발하여 인체 건강에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문에 이에 대한 지속적인 모니터링이 필요하다. 우리나라에서는 SO₂에 대해 관측소 기반의 모니터링이 수행되고 있으나 이는 공간적으로 연속적인 정보를 제공하는 데에 한계가 있다. 따라서, 본 연구에서는 위성자료와 수치모델 자료를 융합하여 일별 13시를 타겟으로 하는 1 km의 고해상도로 공간적으로 연속적인 SO₂ 지상농도를 산출하였다. 2015년 1월부터 2019년 4월까지의 기간 동안 남한 지역에 대하여 스태킹 앙상블 기법을 이용하여 SO₂ 지상농도 추정 모델을 개발하였다. 스태킹 앙상블 기법이란 여러가지 기계학습 기법을 두 단계로 쌓는 방식으로 융합하여 단일 모델 대비 더 향상된 성능을 도출하는 방법이다. 본 연구에서는 베이스 모델로는 RF (Random Forest)와 XGB (eXtreme Gradient BOOSTing) 기법이, 메타 모델로는 MLR (Multiple Linear Regression) 기법이 사용되었다. 구축된 모델의 교차검증 결과 메타 모델은 상관계수(R) = 0.69와 root-mean-squared-error(RMSE) = 0.0032 ppm의 결과를 보였으며 이는 베이스 모델의 평균 대비 약 25% 향상된 안정성을 보였다. 또한 모델 구축에 사용되지 않은 기간에 대한 예측 검증을 수행하여 모델의 일반화 가능성을 평가하였다. 구축된 모델을 이용하여 남한 지역의 SO₂ 지상농도 공간분포를 분석한 결과 일반적인 계절성과 배출원의 변화를 잘 반영하는 패턴을 보임을 확인하였다.

• 광물과 암석
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• 제35권3호
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• pp.313-331
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• 2022

무기 자연 수소(H₂)는 천연가스의 주요 구성성분이지만, 청정 및 재생 가능한 에너지로써 글로벌 에너지 분야에서 그 중요성이 다소 과소평가되고 있다. 이 논문은 우리가 과거에 생각했던 것보다 훨씬 광범위한 환경에서 무기 자연 수소가 대륙 암석권에서 대량 생성된다는 최근 논문들을 바탕으로 자연 수소의 발생 기작과 이와 관련된 다양한 지질학적 특징들을 검토하였다. 지금까지 확인된 자연 수소의 주요 근원암은 (1) 초고철질암, (2) 철(Fe²⁺)이 풍부한 암석으로 구성된 강괴, (3) 우라늄이 풍부한 암석이다. 이 암석들은 선캄브리아 시대 결정질 기반암 그리고 중앙 해령과 대륙기반의 오피올라이트(ophiolite), 페리도타이트(peridotite) 암체에서 사문암화된 초고철질암과 밀접하게 관련된다(Zgonnik, 2020). 이 근원암들에서 자연 수소를 생성하는 무기적 작용은 (a) 광물(예, 감람석)의 Fe²⁺이 산화되는 동안 물의 환원, (b) 방사성 붕괴로 인한 수전해, (c) 규산염 암석의 기계적 파괴(예, 단층) 동안 물과 표면 라디칼의 반응 등이며, 자연 수소는 자유 기체(51%), 다양한 광물 내의 유체포유물(29%), 지하수의 용존기체(20%) 형태로 발견된다(Zgonnik, 2020). 우리나라의 경우 아직 자연 수소 연구가 수행되지는 않았지만, 경상분지 내 무기 자연 수소의 생성과 부존 가능성은 두꺼운 퇴적분지 내에서 초고철질암, 층간 현무암층과 철/구리 부화대 존재, 그리고 페름기-제3기 동안 능동적 대륙 연변부에서 여러 번의 화성활동 등을 포함한 지질학적/지구화학적 특성을 고려하면 상당히 높은 것으로 평가된다. 최근 지질 기원의 자연 수소를 연구/탐사하는 국외 학자들과 산업체들은 가까운 미래에 자연 수소가 깨끗하고 재생 가능한 획기적인 에너지원 역할을 할 것으로 전망하고 있다. 따라서 우리나라에서 자연 수소의 경제적 활용을 위한 부존지 발견 여부와 상관없이 지하의 암석-유체 상호작용에 관한 통합 연구를 통해 아직 밝혀지지 않은 자연 수소의 성인과 탐사는 차세대 핵심 연구임이 분명하다.