• 대한환경공학회지
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• 제27권2호
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• pp.123-129
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• 2005

철을 이용한 반응벽체 (permeable reactive barrier, PRBs) 기술은 유기 화합물로 오염된 지하수를 환원적 반응에 의해 정화시키는 공법이다. 벽체의 매질로 주로 사용되는 영가 철은 반응이 진행됨에 따라 점차 2가 및 3가 철로 산화되어 제거능이 점차 저감된다. 자연계에 존재하거나 동정된 철 환원 박테리아는 산화된 Fe(III)를 Fe(II)로 환원시키는 능력을 가지고 있으며 이와 같이 환원된 Fe(II)는 반응 표면적을 넓히고 다시 할로겐 유기 화합물을 환원적으로 제거할 수 있도록 한다. 본 연구는 철 환원 박테리아로 순수균인 Shewanella algae BrY에 의한 산화철의 환원 경향을 aqueous phase와 solid phase로 나누어 관찰하고 환원된 철이 TCE 제거에 미치는 영향을 iron(II,III) oxide와 iron(III) oxide를 대상으로 하여 파악하는 것을 목표로 하였다. 박테리아는 배지 내에 존재하는 Fe(III)를 우선적으로 사용하여 Fe(II)로 환원시켰으며 선택성은 떨어지지만 입자상의 산화철 표면에 존재하는 Fe(III)도 환원시켰다. 또한 동량의 산화철이 존재할 때 iron(II,III) oxide에 비해 박테리아가 전자수용체로 사용할 수 있는 Fe(III)가 풍부한 iron(III) oxide의 환원이 더 잘 일어남을 알 수 있었고, 환원된 Fe(II)는 박테리아 또는 다른 철 산화물과 침전을 형성하였으며 TCE와의 반응속도 및 제거 능력을 향상시키는 것으로 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제30권11호
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• pp.1146-1153
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• 2008

본 연구에서는 지하수 내 투수성 반응벽체(permeable reactive barrier, PRB)의 TCE 처리에 관한 모델링을 수행하여 trichloroethylene (TCE)의 농도, 컬럼의 단위 부피당 철 매질의 질량, 철환원균(iron-reducing bacteria, IRB)의 농도에 대하여 각각의 유기적인 관계를 고찰하였다. 1차원 이송 확산 반응 방정식을 MATLAB을 이용하여 이송, 확산, 그리고 분해 반응 등을 컬럼의 길이, 실험 수행 시간에 따라 모델하였으며, 유한차분법(finite differential method, FDM)으로 수치해를 구하였다. 영가철 및 2가 산화철은 TCE에 의한 반응항과 철환원균에 의한 반응 항으로 나누어서 식을 정리했다. TCE 주입농도는 10 mg/L로 설정하여 영가철 및 2가 산화철에 의한 각각의 관계를 모델링했다. 또한, 철환원균 농도와 산화철 환원 모델을 통해 철환원균의 농도에 따른 산화철 환원 효율을 해석했고, 이것이 전체 TCE 분해에 어떤 영향을 주는지 모델로 나타냈다. 영가철 컬럼에서는 TCE 제거 효율이 60시간에서 235시간 동안 99% 이상을 나타냈고, 1,365시간 이후에 1% 이하로 떨어졌다. 2가 산화철 컬럼의 경우 TCE와 반응을 시작한 210시간 이후에 평형을 이루었고, 85.3%의 일정한 제거 효율을 나타냈다. 모델의 결과에 따르면, 철환원균에 의한 2가 산화철의 경우 영가철보다 TCE 제거 효율이 떨어지지만 더 높은 제거수명을 가질 수 있는 것으로 나타났다.

• 한국세라믹학회지
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• 제12권4호
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• pp.37-42
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• 1975

철(II)이온을 안정화 하기위하여, 2산화 규소와, 구상, 입방체상 및 침상의 서로 다른형태의 산화 제2철로부터 규산철을 합성하였다. 메타놀증기로 포화시킨 질소까스를 튜브로에 도입시켜 얻은 환원성 분위기속에서, 114$0^{\circ}C$에서 11$65^{\circ}C$의 온도범위에서, 가스유속을 0.13 및 0.25l/min. 로서, 환원시간 4-150분동안 교상반응을 진행하였다. 반응생성의 동태를 오르자트 가스분석으로 검토하였으며, 생성물의 확인은 X-선 회절시험 및 감량정량에 의하였으며, 결과는 다음과 같다. 1 : 1.1의 몰비로 혼합한 산화제2철과 2산화 규소의 경우, 가스유속이 0.13l/min일 때, 규산철 합성반응시간은 구상, 입방체상 및 침상산화철에 있어서 각기 8-27분, 10-16분 및 6-7분으로 구상의 경우가 범위가 가장 넓었다. 또한, 반응속도는 산화제2철의 표면적의 평방근에 비례하였고 반응시간의 평방근에 역비례하였다.

• 청정기술
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• 제21권2호
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• pp.96-101
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• 2015

수소를 환원제로 사용한 산화철의 유동 환원에서, 환원율에 대한 다양한 공정 변수를 통해 산화철의 하나인 적철광의 환원 거동을 면밀히 관찰하였다. 본 연구를 위해 특별히 설계된 실험실 규모의 유동층 장치에서 목적으로 하는 환원 특성에 대한 가스 속도, 환원 시간 및 온도의 최적 값을 평가 하였다. 최적의 환원율을 나타낸 온도는 750 ℃, 환원 시간은 30분이며 이들을 다음의 시험을 위한 시작점으로 매개 변수 값을 설정 하였다. 가장 높은 관심을 갖는 변수들 중 하나는 가스의 소비 원단 위로, 이는 최적의 조건에서 산화철 1톤을 기준하여 90% 이상의 환원율을 달성하기 위해 요구되는 가스의 양을 말한다. 이 매개 변수는 실험실 수준 장치의 스케일 엎에 있어서 중요한 인자이며, 본 연구를 통해 1,500 Nm³/ton-ore가 산화철이 가장 높은 환원율을 갖기 위한 최적의 가스 소비 원단위 임을 확인하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제8권2호
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• pp.41-48
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• 2007

영가철은 trichloroethylene(TCE)과 같은 염소계 유기오염물질 제거에 탁월한 효과를 가지고 있어서, 반응벽체를 이용한 오염된 토양 및 지하수의 현장처리에 반응매질로 자주 사용되고 있다. 하지만 영가철의 빠른 반응성으로 인하여 반응벽체의 수명이 다하고, 탈염소화 과정 중 생성된 산화철이 영가철 표면에 침적 되어 반응표면적을 줄임으로써 반응성이 떨어지게 된다. 이러한 영가철 반응벽체의 단점을 보완하기 위한 방법이 연구되어 왔고, 그 중 철환원균을 이용한 연구가 본 연구에서 시도되었다. 실험에 사용한 Shewanella algae BrY는 철환원균의 일종으로서 Dissimilatory Iron Reducing Bacteria(DIRB)로 분류된다. 본 연구에서는 이전의 배치실험 연구결과를 바탕으로 칼럼실험을 통해 TCE의 농도를 30mg/L과 67.5mg/L의 두 가지로 비교하고, 유량을 8mL/hr, 16mL/hr의 두 가지로 비교하여 세 개의 칼럼 실험을 실시하여 영가철 반응벽체의 TCE의 제거 및 산화된 철의 철환원균을 이용한 환원과정을 칼럼실험을 통해 측정했다. 그 결과 철환원균에 의한 산화철의 환원은 오염물질의 농도가 높을 경우 처리량의 증가로 인하여 반응벽체의 수명을 단축시키는 원인이 되었고, 유량의 증가 역시 유입되는 오염물질의 증가로 인하여 수명의 단축을 가져왔다. 그러나 유량증가의 경우 유속의 증가를 가져와서 Shewanella algae BrY가 매질표면에 작용하여 산화철을 환원시킬 수 있는 시간을 감소시키고 착상되는 것을 방해하기 때문에 오염물질의 농도보다 큰 영향을 미치는 결과를 보여준다. 칼럼실험결과 Shewanella algae BrY에 의한 산화철의 환원은 TCE의 탈염소화 후 생성된 산화철의 침적에 의하여 발생되는 반응벽체의 수명감소를 줄일 수 있다는 결과를 얻었다.

• 한국광물학회지
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• 제29권2호
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• pp.73-78
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• 2016

점토 광물의 구조 내에 들어 있는 철의 산화수는 퇴적환경의 산화/환원 조건에 대한 정보를 제공하여 준다. 이러한 광물형성의 메커니즘을 밝히기 위해서는 고해상도를 가진 전자현미경을 이용한 나노 스케일 분석이 불가피하다. 투과전자현미경에 장착되어있는 전자에너지 손실분광 분석법(EELS)을 이용하여 정량적 철 산화수 분석을 논트로나이트 점토광물 구조 내 철의 환원으로 인한 K-논트로나이트의 형성의 예를 들어 설명하고자 한다. 철 산화/환원의 정량적 분석을 통하여 퇴적물의 위치에 따른 철 산화도 측정은 광물변화에 대한 연구를 용이하게 해준다. 따라서 본 논문은 전자에너지 손실분광의 분석방법 및 장점을 소개함을 목적으로 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2009년도 학술발표회 초록집
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• pp.602-607
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• 2009

논에서 수질변화특성에 관한 메카니즘은 매우 복잡하다. 영양물질의 농도특성을 정확히 파악하기 위해서는 영농활동에 따른 체계적인 모니터링을 통한 다양한 측정 자료가 필요하다. 그러나 현재 논에서 토양의 산화환원에 관한 연구 자료는 많지 않기 때문에 그의 특성을 파악하기에는 어려운 실정에 있다. 본 연구의 목적은 충북대학교 부속농장 필지논에서 2008년 영농기간을 중심으로 논에서의 영양물질인 총인(TP), 인산성 인($PO_4-P$) 및 산화환원전위(Eh)의 변화특성을 파악함으로써, 논으로부터의 영양물질 유출제어에 관한 기초 자료를 제공하는데 있다. 이 연구는 2008년 6월부터 10월까지 필지논에서 논 표면수의 TP 와 $PO_4-P$의 농도변화와 토양의 산화환원전위(Eh)와의 관계 특성을 파악하였다. 관개기의 논에서 인은 분얼비 시기에 인성분이 시비되지 않았는데도 불구하고 분얼비 직후와 분얼비 1주일 후에 TP농도가 높게 나타났는데 이는 담수의 영향으로 논이 환원상태로 되어, 논바닥에 침전된 철이온에 흡착되어 있던 인이 철이온의 환원으로 함께 용출하기 때문이라고 생각된다. 산화환원전위(Eh)는 높아지면 산화경향을, 낮아지면 환원경향을 나타낸다. 본 연구기간 동안의 산화환원전위(Eh) 값은 비 관개기에 $201^{\sim}405$ mV로 높게 나타났고, 관개기에는 $93^{\sim}195$ mV로 낮게 나타났다. 필지논 표면수의 인농도는 분얼비 직후 1주일후까지 TP 와 $PO_4-P$ 농도는 같이 상승하다가 TP농도는 약 2주일까지 더 상승하여 2008년 최대값을 나타냈고 $PO_4-P$농도는 하강하였는데 이는 논 토양이 환원상태로 되면서 바닥에 있던 입자성 인이 논 표면으로 떠올랐기 때문으로 사료된다. 그 후에 담수가 끝나는 시점까지 농도는 낮아졌다. 강우량이 적은 관개초기에 인의 농도는 비교적 높게 나타났지만 강우량이 많은 여름에는 작물의 생장에 필요한 영양물질 섭취 등으로 인농도가 낮게 나타나 논은 인의 유출을 억제하고 있는 것으로 나타났다. 이와 같이 인의 유출특성 및 산화환원전위(Eh)의 변화에 따른 논에서의 유출부하 특성이 규명된다면, 환경부하가 적은 효과적인 물관리가 가능해 질 것으로 판단된다.

• 자원리싸이클링
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• 제15권4호
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• pp.44-51
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• 2006

대부분 전기로 분진 처리공정은 전기로 분진으로부터 아연을 회수하기 위하여 전기로 분진에 함유된 산화아연의 환원제로 탄소를 사용한다. 본 연구에서는 산화아연의 탄소열환원반응에 관한 전기로 분진의 주성분 중의 하나인 산화철의 영향에 대하여 속도론적으로 조사되었다. 실험은 반응온도 1173 K-1373 K 범위에서 중량감량법을 이용하여 수행되었다. 실험결과, 적절한 량의 산화철 첨가는 산화아연의 탄소열환원반응 속도를 증진시키는 것으로 나타났다. 이것은 산화철이 산화아연의 탄소열환원반응에서 탄소의 gasification 반응을 촉진시키기 때문으로 관찰되었다. 표면화학반응이 율속인 shrinking core model 1173 - 1373 K 범위에서 고체 탄소에 의한 산화아연의 환원반응 속도 데이터를 분석하는데 유용한 것으로 분석되었다. ZnO-C 반응계에서 활성화 에너지는 224kJ/mol (53 kcal/nol)로, $ZnO-Fe_{2}O_{3}-C$ 반응계에서 활성화 에너지는 175kJ/mol(42kca1/mol)로 그리고 ZnO-밀스케일-C 반응계에서 활성화 에너지는 184 kJ/mol (44 kcal/mol)로 각각 계산되었다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
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• 한국수자원학회 2010년도 학술발표회
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• pp.1661-1666
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• 2010

본 연구의 목적은 충북대학교 부속농장에서 2009년 영농기간을 중심으로 담수된 논에서의 산화환원전위(Eh)의 변화와 시비에 따라 영양물질인 인(P)의 농도변화 특성을 파악함으로써, 논으로 부터의 인의 유출제어에 관한 기초 자료를 제공하는데 있다. 이 연구는 2009년 5월부터 11월까지 논에서 담수의 총인(T-P)과 인산염 인($PO_4$-P)의 농도변화와 토양의 산화환원전위(Eh)와의 관계 특성을 파악하였다. 관개기의 논에서 인은 분얼비 시기에 인성분이 시비되지 않았는데도 불구하고 T-P농도가 0.68 mg/L로 높게 나타났다. 이는 담수의 영향으로 논이 환원상태로 되어, 논바닥에 침전된 철이온에 흡착되어 있던 인이 철이온의 환원으로 함께 용출하기 때문이라고 생각된다. 높은 Eh는 산화경향을, 낮은 Eh는 환원경향을 나타낸다. 본 연구기간 동안의 Eh 값은 연속적으로 담수되었던 7월 중순까지는 74~112 mV 가량 나타냈고, 그 이후에는 담수상태가 아닌 경우가 많아 179~636 mV로 높게 나타났다. 논 담수의 T-P와 $PO_4$-P 농도는 분얼비 직후 1주일후까지 같이 상승하다가 T-P농도는 약 2주일까지 더 상승한 반면 $PO_4$-P 농도는 하강하였는데 이는 논 토양이 환원상태로 되면서 바닥에 있던 입자성 인이 논 표면으로 떠올랐기 때문으로 사료된다. 그 후에는 담수가 끝나는 시점까지인 농도는 낮아졌다. 관개초기에 인의 농도는 비교적 높게 나타났지만, 7월 이후로는 작물의 생장에 필요한 영양물질 섭취 등으로 인 농도가 낮게 나타났는데 이는 7월 이후의 논은 인의 유출을 억제하고 있는 것으로 추정된다. 또한 논 담수위의 증감에 따른 $PO_4$-P 농도와 Eh 값을 회귀분석 한 결과 각각 정의 상관관계와 부의 상관관계가 있는 것으로 나타났다. 이와 같이 논 담수 및 시비에 따른 인의 유출부하 특성과 산화환원전위(Eh)의 변화 특성이 규명된다면, 향후 환경부하가 작은 물관리가 가능해 질 것으로 판단된다.

• Tribology and Lubricants
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• 제4권1호
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• pp.25-29
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• 1988

대부분의 기계장치는 철을 주재료로 하여 만들어진다. 철은 본래 순수 금속으로서는 존재하지 않고 주로 다른 원소와 결합하여 산화물로 존재한다. 철 산화물이나 철광석을 재련하면 순수금속(free metal)이 얻어지는데 성능을 개량하기 위해 소량의 다른 원소를 첨가하게 된다. 그러나 금속철을 철산화물로 되돌리려는 자연의 힘이 막강하여 유용한 금속이 못쓰게 된다. 이는 마치 인간이 철광석에서 유용한 금속을 만들어내는 것을 자연이 다시 환원시켜 인간의 성공에 반항하는 것 같다. 미국에서만 매년 철 종류의 부식에 대처하기 위해 사용되는 물질이 60억달러 이상 소요되는 것으로 추산되고 있으며 철 종류 50톤중 1톤이 매년 산화물인 녹으로 바뀌어 지고 있는 실정이다.