통전가열(ohmic heating)을 사과주스의 가열 살균에 적용해보기 위하여 가열기 형태와 전압, 파형, 주파수 등 전기적 요소가 사과주스 모델용액의 통전가열 속도에 미치는 영향을 알아보았다. 100 VAC, 60 Hz의 상용전류를 이용한 통전가열시 컬럼형 가열기에서 전극간의 간격이 29, 22, 17 mm로 줄어듬에 따른 모델용액의 가열속도는 $7.8,\;21.0,\;47.4^{\circ}C/min$으로 크게 증가하였으며 또한 전극의 수를 병렬로 1, 2, 3쌍으로 증가시킬 시에도 $29.2,\;49.8,\;74.6^{\circ}C/min$으로 비례적으로 증가하여 전극의 간격이 작을수록, 전극의 표면적이 증가할수록 가열속도는 크게 빨라지는 것으로 나타났다. $60\;Hz{\sim}60\;kHz$ 범위의 주파수 변화에 따른 가열속도 차이는 나타나지 않았으며 파형에 따른 가열속도는 positive saw tooth wave를 제외하고 변화가 거의 없었다. 전압을 40에서 100 VAC로 높임에 따라 가열속도는 $9.5^{\circ}C/min$에서 $83^{\circ}C/min$로 크게 증가하여 전압과 가열속도는 정비례 관계가 있음을 알 수 있었다. 통전가열과 상업적 살균방법으로 제조한 사과주스 간에는 이화학적 특성의 차이가 없었다.
폴리아미드계 역삼투 분리막의 투과성능을 비교하기 위하여 NaCl과 NaOCl을 함유하는 혼합용액을 공급수로 사용하여 연속운전과 단속운전 하에서 실험하여 보았다. 이 결과를 가지고 막 이동 모델의 선택적 적용이 가능함을 제시하고자 하였으며 투과 성능 분석 결과, 용액 확산 모델과 선흡착-모세관이동 모델이 운전 모드에 따라 상대적으로 유용함을 볼수 있었다. 연속 운전에서는 선흡착-모세관이동 모델을, 단속 운전에서는 용액 확산 모델을 따름을 알 수 있었다 NaOCl에 의한 표면 변화를 SEM 사진을 통하여 확인 할 수 있었다. 연속운전 후의 막은 염소 투과 결과 표면에서 부분적인 ridge and valley 구조가 나타났으며 단속 운전 후의 막은 표면 전반에서 변성이 일어난 것을 볼 수 있었다.
용액성장법에 의한 SiC 단결정 성장은 Si 또는 Si-금속합금의 융액으로부터 SiC를 성장시키는 방법으로서, 통상의 상부종자 용액성장법(Top Seeded Solution Growth)에서는 Si 융액을 담는 흑연도가니로부터 C가 Si 융액에 용해되고 용해된 C이 상부에 위치한 종자결정으로 이동하여 종자결정상에 SiC 형태로 재결정화하는 단계를 거쳐 SiC의 단결정을 성장시키는 과정을 거치게 된다. SiC 용액성장에 있어서는 SiC의 단결정성장을 위하여 흑연도가니의 형상, 크기, 재질 및 상대적 위치 배열 등 온도제어와 유체흐름 제어를 위해 다양한 공정변수를 선정해야한다. 본 연구에서는 용액성장공정의 설계를 위해 상용의 유한요소해석 패키지인 COMSOL Multiphysics를 이용하여 전자기장해석, 열전달해석, 유체해석에 대한 다중물리해석모델을 구축하고 이 모델을 이용하여 결정성장공정을 설계하였다. 해석결과에 기초하여 2 inch off-axis 4H-SiC 단결정을 종자결정으로 적용하여 $1700^{\circ}C$에서 상부종자 용액성장법에 의하여 SiC 단결정을 성장시켰다. 광학현미경 및 고분해능 X선회절분석을 통해 결정성을 분석한 결과 해당 성장조건에서 양호한 품질의 단결정이 성장함을 확인하였다. 이로써 본 연구에서 구축된 다중물리해석모델이 SiC의 용액성장 공정설계에 유효함을 확인하였다.
무우의 염절임시 무우내로의 소금의 침투량을 예측할 수 있는 모델을 수립하고자 각각 5%, 10%, 15% 소금용액의 농도, 10, 20, $30^{\circ}C$ 온도에서 시간당 무우내 소금의 침투량과 수분의 변화를 측정하였다. 시간에 따른 무우내 소금의 침투량은 ln 함수를 따랐고 소금용액의 농도와 온도에 따른 무우내 소금의 침투량은 linear 한 관계를 나타내었다. 각각의 시간, 소금용액의 농도, 온도에 따른 무우내 소금의 침투량 예측 모델은 SPSS 통계 package중의 regression program을 이용하여 model식을 수립하였다. 무우내로의 소금의 확산도는 Fick 제2법칙의 적절한 확산식에서 computer simulation을 통해서 확산도를 계산하였다. 무우내로의 소금의 확산도는 소금용액의 농도가 즈가함에 따라 커지고 예측할 수 있는 model식은 회귀분석을 통해 수립하였다. 무우내로의 소금의 침투량과 무우밖으로의 탈수량과의 관계를 규명하기 위해 Flux ratio(${\Delta}W/{\Delta}S$)을 구해 본 결과 1보다 조금 큰 값을 나타내어 탈수량이 소금의 침투량보다 다소 많음을 알 수 있었다.
준희박과 농축용액에서 약간의 유연성을 갖는 강성막대형 고분자의 회전확산계수와 zero shear rate 점도를 예측하기 위해 한정된 강성 사슬모델이 제시되었다. 본 연구에서는 이제시된 모델을 분자량 분포를 갖는 다분산계로 확장시켰다. 분자들의 분자량 분포 (MW/Mn) 와 분포 함수를 알수 없기 때문에 해당분자에 가장 적당한 분자량 분포와 함수를 취하였다. 만약 이것들을 알고 있다면 제시된 모델로 회전확산계수와 zero shear rate 점도 등과 같은 인자들을예측할수 있었다. 단분산계의 경우와 같이 다분산계에서도 회전확산계수 의 평균분자 윤곽길이 의존도는 L-7 에 비례하는 것으로 나타났다. Doi와 Edwards 의 튜브 모델에 의한 L-9 과 다른 이유는 분자들의 거동을 관찰하기 위해 임의로 선정된 하나의 막 대형 고분자운동을 제약하는 정도가 심하지 않았으며 따라서 제약 완화시간도 훨씬 짧았기 때문이다. 더구나 점도와 회전 확산계수와 단분산계에서는 정성적으로 일치한데 제약 완화 시간도 훨씬 짧았기 때문이다. 더구나 점도와 회전적인 일치를 나타내었다. 이 모델로 기준 으로 하여 분자들의 길이와 종류에 관계없이 하나의 master curve를 그릴수 있었다.
Kaolin, bentonite, starch 및 PMMA의 단일 또는 혼합 입자용액을 정밀여과막이 장착된 dead-end 형 Amicon 여과셀에서 투과 실험하였으며 그 결과는 오염 특성을 규명하기 위하여 등압여과 모델에 적용하였다. 동일한 양으로 혼합한 kaolin/starch 입자의 0.1 wt% 혼합용액에 경우, 각각 입자의 평균 투과유속보다 30% 정도 낮았다. 그러나 kaolin보다 훨씬 큰 PMMA와의 혼합 입자용액의 경우에 투과유속은 kaolin과 PMMA의 평균보다 10% 정도 높았다. Bentonite와 PMMA 또는 starch의 혼합 용액일 경우, 혼합 입자에 의한 투과유속 향상효과는 kaolin에 비하여 훨씬 적게 나타났다. 또한 동일 양으로 혼합한 kaolin/starch 용액의 농도를 변화시킬 경우, 막오염 저항은 0.05 wt%에서 최소이었다.
본 연구에서는 $Ca(LA)_2$의 침전조건을 최적화하고 침전된 $Ca(LA)_2$ 용액에 황산을 처리하여 고순도, 고수율의 lactic acid를 회수할 수 있는 방법을 개발하고자 하였다. 특히 $Ca(LA)_2$의 용해도를 낮추기 위하여 여러 종류의 유기용매 첨가에 따른 영향을 평가하였다. 모델용액의 경우 침전을 위한 최적의 석회종류, 석회량, 교반속도, 시간, 온도, 유기용매 첨가량은 각각 CaO, 0.0175 g/mL, 220 rpm, 24 h, $5^{\circ}C$, ethanol 25% (v/v)이었으며 최적 조건 하에서 가장 높은 순도 (98%)와 수율(69%)을 얻을 수 있었다. 발효배양액 (lactic acid 순도: 69%, pH: 7.3)의 경우, 모델용액으로부터 얻은 최적의 조건 하에서 $Ca(LA)_2$ 회수 과정에서 64%, 회수된 $Ca(LA)_2$에 황산을 첨가 ($Ca(LA)_2/H_2SO_4$ molar ratio = 1:1)하여 lactic acid를 회수하는 과정에서 86%의 회수율을 각각 얻어 발효배양액으로부터 총괄 수율 55%로 lactic acid (순도: 88.6%)를 얻을 수 있었다.
묽은 고분자 용액의선형 점탄성과 완화시간 스펙트럼에 대하여 비드수, 유체역학적 상호작용, 배제 부피와 비선형 스프링들의 영향을 비드-스프링 모델을 통하여 연구하였다. Fixman의 모델을 개량하였고, 비선형 스프링개념을 도입한후 선형점탄성에 관한 식들을 유 도하였다. 그중에서 주로 복고 점도의 크기와 위상차에 대한 BSM 파라미터들의 영향을 살 펴보았다. 실험데이터에서 진동수에 따른 위상차의 평평한 부분의 길이로부터 비드수를 Mark-Houwink 식의 지수 값으로부터 유체역학적 상호작용 파라미터를 그리고 fitting 파라 미터로써 배제 부피 파라미터와 비선형 스프링 파라미터의 함수형태로 표현되는 동적 확장 파라미터를 결정할수 있었다. 또한 광산란 실험등으로부터 배제 부피 파라미터를 결정하게 된다면 이로부터 비선형 스프링 파라미터도 결정할수 있음을 알수 있었다. 한편 불연속적인 현태인 BSM의 완화시간 스펙트럼에 미치는 BSM 파라미터들의 영향을 분석함으로써 각 파람터의 효과와 차이점을 분명히 알수 있었다. 본논문에서는 BSM에 비드수, 유체역학적 상호작용 배제 부피 그리고 비선형 스프링 효과를 동시에 적용하는 방법을 제시하였으며 이 방법을 통하여 묽은 고분자 용액의 선형 점탄성 실험 데이터를 정량적으로 설명할 수 있었다.
본 연구에서는 광산 인근 토양에서 산성비를 비롯한 침출수에 의한 지하 환경 오염 메카니즘을 검토하고, 오염 방지 및 교정과 대안의 효과를 정량화 하기 위한 방안을 고찰하였다. 이를 위하여 중금속인 비소의 오염도가 높은 토양을 대상으로 인위적 산성용액에 의한 비소의 용출을 실험적으로 검토하였다. 한편, 산성 침출오염수에 의한 지하 환경의 오염을 방지하기 위하여 석회석을 활용한 토양의 안정화방법의 효과를 살펴보았다. 오염된 시료토양에 포함된 비소는 pH 1 이하의 강산성 용액일수록 격렬히 용출되었으며, pH 값이 낮아질 수록 최대 용출량은 증가되는 것으로 나타났다. 석회석에 의한 토양 안정화방안은 매우 효과적이었으며, 석회석에 의한 산성용액의 중화반응 특성식은 미반응 핵 모델중에서 화학반응이 속도지배인 특성식에 잘 부합되는 것으로 보여진다.
증기-확산 단백질 결정화의 물-증발 속도를 조절하기 위해서, 간결한 모세관 내의 다중-단계 농도 장착법 (multistep-concentration setting in capillaries) 이 이용되었다. “조절 용액 (regulatory solution)”이라고 일컬어지는 2차 침전 용액이 이용되어, 이 방법으로 다양한 증발 속도 곡선들이 얻어졌다. 이때, 조절 용액은 단백질 용액에 직접적으로 노출되지 않는다. 모델 단백질인 lysozyme의 결정화에 이 그래프들이 적용되었다. 결정 성장은 증발속도에 달려있다는 것을 실험 결과들이 명백하게 보여주었다. 특히나. 단백질 용액의 침전 농도가 어떤 점까지 증가하다가 평형 농도로 줄어드는 decoupling 곡선이 가장 좋은 결정들을 만들어냈다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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