본 연구는 대두로부터 항산화성 물질의 효과적인 추출 방법을 모색하고자 수행되었다. 대두로부터 물, 에탄올, 메탄올, 아세톤, 클로로포름, 벤젠, 에틸 아세테이트, 에테르, 디클로로메탄 및 헥산을 사용하여 $30^{\circ}C$에서 상온 추출 및 $85^{\circ}C$에서 환류추출을 행하여 추출된 각 추출물의 항산화효과를 대두유 산화시 과산화물가와 난황레시틴 리포좀 산화시 형성된 TBARS를 측정하여 비교하였다. 추출물을 대두유에 첨가시켜 항산화효과를 관찰한 경우 날대두 용매 추출물이 탈지대두 용매추출물보다 항산화 효과가 뛰어 나며, 볶은 과정을 거친 대두군에서는 탈지대두군이 항산화효과가 높았다. 상온추출물보다는 환류추출물의 항산화효과가 높았으며, 이러한 경향은 대두유 산화뿐만 아니라 난황레시틴 현탁액의 관산화 반응에서도 역시 동일하였다. 여러가지 용매에 의한 추출물중에서 가장 큰 항산화효과를 나타낸 것은 볶은 탈지대두의 메탄올 추출물이었으며, 메탄올 추출물은 전반적으로 항산화효과가 높은 것으로 나타나 항산화성분의 추출에 가장 좋은 용매로 생각되었으나, 추출물의 난황레시틴 리포좀의 과산화 억제 정도는 메탄올 추출물보다는 물 추출물의 경우가 더 효과가 좋았다.
초고진공하에서 열탈착 실험에 의하여 오산화바나듐 촉매상에서 일산화탄소와 메탄올의 홉착특성을 연구하였다. 일산화탄소는 오산화바나듐 촉매표면의 격자산소 결함을 갖는 바나듐이온이나 바나듐이온에 결합된 이중결합성 산소에 흡착하였다. 격자산소 결함을 갖는 바나듐이온에 흡착한 일산화탄소는 380K에서 탈착되었으며, 바나듐이온에 결합된 이중결합성 산소에 흡착한 일산화탄소는 격자산소와 결합하여 탄산기의 형태를 형성한 후 이산화탄소로 탈착되면서 촉매 표면을 환원시켰다. 선흡착되거나 후흡착되는 산소에 의하여, 탄산기의 형태로 흡착하는 일산화탄소의 흡착량은 증가하였다. 오산화바나듐 촉매상에서 메탄올을 흡착시킨 후 메탄올, 포름알데히드, 일산화탄소, 수소 등의 열탈착실험에 의하여 메탄올의 흡착특성을 연구하였다. 메탄올은 298 K에서 오산화바나듐 촉매상에 methoxy와 hydroxyl기를 형성하면서 분해흡착하였다.
We have designed micro-fuel processor system, which consists of a steam reforming area and a PROX(preferential oxidation) area. Micro-fuel processor system generates $H_2$ rich gas from a methanol. In our experiment, we have integrated micro-fuel processor system using low temperature cofired ceramics (LTCC) process because LTCC is superior to other materials principally due to their high thermal and chemical stability, simpler fabrication processes, and lower materials cost. Therefore, we have studied and integrated micro-fuel processor system containing embedded heaters, cavities, and 3D structures of micro-channel with LTCC. Also we have optimized the LTCC process.
대추 메탄을 추출물이 사염화탄소에 의한 휜쥐의 간손상에 미치는 영향을 알아보기 위하여 대조군, 대추메탄올 추출물 투여군, 사염화탄소 투여군 및 대추메탄올 추출물을 투여한 후 사염화탄소를 투여한 군으로 나눠, 2, 4주간 사육하여 혈청 중의 transaminase (GOT 및 GPT), 간 중의 lipid peroxide량, glutathione 함량, xanthine oxidase, SOD, catalase, GSH-Px 등의 활성도의 변화를 관찰하였다. 사염화탄소(50%, 1.0ml/kg) 투여군의 혈청 중 GOT및 GPT의 활성도, 간중TBA 반응성 산물량은 2, 4주에서 대조군에 비하여 현저히 증가되었으나, 대추 메탄올 추출물을 투여한 후 사염화탄소를 투여할 때 GOT의 경우 2, 4주에서, 간 중 TBA 반응성 산물량은 4주에서 사염화탄소 투여군에 비하여 유의성있는 감소효과를 보였다. 유리기 생성계 효소인 xanthine oxidase 활성도에서, 사염화탄소 투여군은 대조군에 비하여 현저한 증가를 보였으나, 대추 메탄올 추출물을 투여한 후 사염화탄소를 투여한 군에서는 감소되었다. 유리기 해독계 효소인 SOD, catalase 및 GSH-Px의 활성도도 사염화탄소 투여로 모두 증가되었으나, 대추 메탄올 추출물을 투여한 후 사염화탄소 투여로 SOD는 4주에서, GSH-Px는 2, 4주에서 대조군에 비하여 유의한 감소효과를 나타냈으며, catalase는 투여기간에 따라 감소는 되었으나 유의성은 보이지 않았다. 이상의 실험결과에서, 사염화탄소 투여로 혈청 및 간 중의 각종 효소 활성도 및 지질과산화물량이 증가되었는데 이는 사염화탄소가 간 중의 효소계 및 간세포의 microsome을 심하게 손상시켰음을 알 수 있으며, 대추 메탄올 추출물을 전처리하므로써 사염화탄소에 의하여 현저히 증가된 각종 효소활성도 및 지질과 산화물량이 감소되었는데, 이는 대추 메탄올 추출물이 간세포의 괴사와 효소의 유출을 저 해하고 간의 저항력 및 간기능을 유지시키므로써 간 보호작용을 할 수 있을 것으로 사료된다.
나노입자는 벌크에 비해 월등히 큰 비표면적(surface-to-volume ratio)과 작은 사이즈에서 오는 양자효과로 인해 촉매나 나노 전자 소자 등 여러 분야에서 응용되고 있다. 특히 백금 나노입자는 수소나 메탄올의 산화, 산소환원 반응의 독보적인 촉매로서 연료전지의 산화극과 환원극의 촉매로 널리 활용되고 있다. 본 연구에서는 높은 가격의 백금의 사용량을 줄일 수 있는 합금 나노입자 촉매에 대한 연구의 일환으로 Pd, Au, Cu, Ag 등의 원소를 활용한 합금 나노입자에 대한 구조 및 열역학적 안정성에 대한 연구를 수행하였다. 다양한 합금에 대한 원자간 포텐셜을 개발하였고, 이를 기반으로 몬테카를로 및 분자동력학 시뮬레이션을 수행하여 Pd-Pt, Cu-Pt, Ag-Pt, Au-Pt 이원계 합금 나노입자의 다양한 원자 구조 및 형상에 따른 결합에너지와 열역학적 특성에 대하여 분석하였다.
본 연구에서는 보다 효율적인 광 전기화학적 수소제조를 위하여 광촉매로써 산화텅스텐에 티타늄을 함침하여 $Ti/WO_3$ 나노입자를 제조하였다. 제조한 $Ti/WO_3$의 물리적 특성은 X-선 회절분석법(XRD), 주사전자현미경(SEM), 발광분광계(PL), 원자간력 현미경(AFM), 정전기 현미경(EFM)을 통해 확인하였다. 메탄올/물 (1/1) 광분해 수소제조 실험 결과, 순수 아나타제 티타니아나 산화텅스텐 광촉매보다 $Ti/WO_3$ 광촉매에서 촉매활성이 향상되었으며, 0.5 g의 0.10 mol % $Ti/WO_3$ 촉매를 사용한 경우 8시간 반응 시 3.02 mL의 수소가 발생되었다.
폴리올프로세스에서 PVP(Poly Vinyl Pyrrolidone) 안정제와 $NaNO_3$ 첨가제를 통해 환원속도를 조절하여 6.8 nm의 나노 큐보옥타해드론을 합성하였다. 투과전자현미경을 통해 백금 나노입자의 격자구조를 관찰하였다. 전기화학적 측정방법을 통해 백금 큐보옥타해드론 촉매가 구형의 촉매보다 우수한 촉매 성능을 나타냄을 확인하였다. 순환전류법을 통해 백금 촉매의 역방향 픽과 순방향 픽의 비율이 더 높은 것을 관찰하였다. 이것은 백금 큐보옥타해드론 촉매가 반응중 생성되는 촉매독에 강하다는 것을 의미한다. 백금 큐보옥타해드론 촉매의 표면은 {111}면과 {100}면이 혼재하며 모서리가 많이 드러나 메탄올 산화반응에 더 우수한 촉매성능을 나타내는 것으로 사료된다. 백금 촉매의 모양을 조절함으로서 백금 촉매의 표면 구조를 조절하였으며 이를 통해 높은 전류밀도를 나타내는 우수한 촉매를 합성할 수 있었다. 또한 0 ~ 0.6 V(NHE) 영역에서 촉매의 안정성을 평가한 결과 더 높은 안정성을 나타냄을 확인하였다.
생리활성 보유 식물자원 발굴 및 이용을 위해 큰까치수영 지상부에 대한 항산화 및 항고혈압 활성을 검정하였으며 페놀화합물의 함량은 메탄올 추출물이 2.62%, 물 추출물이 0.23%였고 메탄올 추출물에서 얻어진 용매별 분획물 중에서는 에틸차세테이트 분획이 37.76%로 가장 함량이 높았다. Linoleic acid 자동산화에 대한 저해효과는 메탄올 추출물이 반응 6일째에 83%이상의 저해율을 보여 ${\alpha}-tocopherol$의 -2%보다 탁월하게 우수였으며 각 분획물 중에서는 핵산 및 에텔 분획이 매우 효과적으로 자동산화를 저해하였다. Superoxide anion 라디칼에 대헤서는 큰까치수영의 메탄올 추출물과 물 추출물이 $5{\sim}200\;{\mu}g/ml$의 농도에서 $86{\sim}109%$ 및 $96{\sim}122%$로 항산화제인 ascorbic acid의 $-4{\sim}69%$보다 월등하게 우수한 소거능을 보였으며 DPPH 라디칼에 대해서는 에틸아세테이트분획이 $26.8\;{\mu}g/ml$의 $RC_{50}$로 좋은 소거 효과를 나타내었다. ACE에 대한 저해활성은 $4,000\;{\mu}g/ml$의 농도에서 물 추출물(33%)보다는 메탄올 추출물(71%)이 효과적이었으며 분획물 중에서는 n-hexane fraction(133%), ether fraction(100%) 및 ethylacetate fraction(88%) 분획이 매우 효과적인 저해활성을 나타내었다.
본 연구에서는 직접 메탄올 연료전지의 전기 화학 반응에 의해 발생하는 이산화탄소와 물의 조절을 위해 기체 발생과 흐름 현상을 관찰할 수 있는 3차원 모델을 개발하였다. 산화극 쪽에 발생한 기체의 조절은 직접 메탄올 연료전지를 설계하는데 중요한 문제이며, 연료 전지의 성능에 커다란 영향을 준다. 유로는 기체의 조절과 아주 밀접한 관계가 있으나 다양한 유로를 설계하고 실험하여 최적의 디자인을 찾는 것은 어렵고 바이폴라 플레이트의 높은 가격 때문에 많은 비용이 필요하다. 이 문제를 해결하기 위해 전산 유체역학 모델링 기법을 도입하였다. 전산 유체역학을 기반으로 하여 개발된 two-fluid 모델을 이용하여 유체의 흐름 패턴을 시각화 하여 분석함으로써 실험의 횟수를 줄일 수 있었고, 대표적인 4가지 연료전지 유로인 serpentine, zigzag, parallel, semi-serpentine 형태에 개발된 모델을 적용하여 속도, 압력, 메탄올 몰분율, 기체 몰분율 등을 계산하였다. 계산 결과를 이용하여 각 형태의 특성과 장단점을 파악하였고, 이를 바탕으로 가스를 효율적으로 제거할 수 있는 최적 유로를 설계 하였다.
본 연구는 차세대 에너지원으로 주목 받고 있는 직접메탄올연료전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC)에 대해 mutiscale 기법을 사용하여 DMFC의 MEA부분에 대한 상세 모델링 및 전산모사를 통한 이론적 고찰을 시도하였다. 본 연구에서 이용한 multiscale 모델링 방법은 공정시스템 공학의 kinetic 중심의 모델링 방법과 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics, CFD)의 유동중심의 모델링 방법을 유기적으로 결합하여 모사 중간에 필요한 데이터 교환을 함으로써 정확한 모델링 및 전산모사 결과를 얻었다. CFD 모델링으로 유체 이동현상을 3차원으로 해석하였고, 동시에 복잡한 비선형 대수방정식으로 표현되는 반응속도, 전기화학반응을 DAE (Differential & Algebraic Equation) solver로 계산하였다. 모델은 메탄올의 산화반응과 산소의 환원반응을 중심으로 MEA (Membrane Electorde Assembly)부분에서 물리화학적, 전기적 현상 현상을 규명하고, 반응 메커니즘을 구성하였다. MEA 모델은 3차원 공간에서 변위를 가지는 3차원 모델로 구성하였으며, 정상상태 및 등온공정의 조건하에 수립되었다. 이를 통해 channel을 포함한 MEA 부분에서 발생되는 물리적, 화학적, 전기적 현상을 정확히 예측 할 수 있다. 본 연구를 통해 수행된 결과는 DMFC의 실험계획 및 운전조건을 도출함에 있어 매우 유용한 역할을 할 수 있을 것으로 사료되며, 추가적인 연구를 통해 DMFC의 상용화에 크게 이바지 할 수 있을 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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