• 대한환경공학회지
• /
• 제34권5호
• /
• pp.304-311
• /
• 2012

산업용제로 널리 이용되고 있는 PCE (Perchloroethylene)나 TCE (Trichloroethylene)와 같은 염화에틸렌화합물은 안정된 세정력을 가지고 있어 널리 이용되고 있지만 무분별한 사용과 부주의한 취급으로 인해 최근 토양 및 지하수 오염지역이 늘어나고 있다. 본 연구에서는 퇴적토, 슬러지, 토양, 지하수 등 다양한 지역에서 총 10개의 시료를 식종원으로 이용하여 생물학적 PCE 탈염소화 가능성을 평가하고, 가장 우수한 탈염소화 능력을 보인 낙동강 퇴적토 시료를 대상으로 PCE를 에틸렌까지 안정적으로 탈염소화 가능한 혼합미생물을 농화배양하였다. 농화배양된 탈염소화 미생물을 생물전기화학시스템(Bioelectrochemical System, BES)의 환원부에 식종하여 전극을 전자공급원으로 이용한 탈염소화 가능성을 평가한 결과, PCE가 TCE, cis-dichloroethylene, vinyl chloride를 거쳐 최종산물인 에틸렌으로 탈염소화됨을 확인할 수 있었다. Polymerase chain reaction-denaturing gradient gel electrophoresis (PCR-DGGE)를 이용한 미생물군집 분석결과, 농화배양액에서 구축된 탈염소 미생물 군집과 BES 환원전극부내 미생물 군집 구조는 다르게 나타났으며, 전기화학적 활성을 지닌 다양한 미생물이 존재함을 확인할 수 있었다. BES 환원전극부에서 부유성장하는 미생물과 전극에 생물막을 형성하는 미생물 군집구조에도 큰 차이가 있었으며, 이는 탈염소화 메커니즘의 차이에 기인하는 것으로 판단된다. 추가적인 연구를 통해서 자세한 생물전기화학적 탈염소화 메커니즘을 밝혀낸다면 생물전기화학적 탈염소화 기술은 염화에틸렌 오염 토양/지하수의 획기적인 생물정화기술로 자리잡게 될 것이다.

• 공업화학
• /
• 제34권4호
• /
• pp.331-346
• /
• 2023

탄소중립 달성을 위해 에너지 효율적이고 전기화된 사회에 직접 이용될 수 있는 친환경 공정이 주목받고 있다. 다량의 에너지를 소모하는 기존의 열 및 압력 기반의 담수화 기술에서도 이는 예외가 아니기에, 최근 차세대 전기화학 기반 담수화 기술들의 성장이 두드러진다. 대표적으로 에너지 저장 장치의 구동 원리를 기반으로 하는 전기화학적 이온 분리(electrochemical ion separation, EIONS) 기술이 있으며, 여기에는 축전식 탈염(CDI) 기술과 배터리 담수화 시스템(BD)가 포함된다. EIONS 기술에는 시스템 성능 향상을 위해 CDI와 BD를 기본으로 한 다양한 응용 시스템들이 개발되어 왔는데, 이러한 결과물들의 의미와 독창성을 배경지식 없이 한눈에 파악하기 매우 어렵다. 따라서 우리는 이 리뷰 논문에서 EIONS 연구에서의 지난 몇 년간의 기술적 진보와 시스템 개별 특성을 각 시스템의 구동원리, 연구 배경, 장단점을 중심으로 명확하고 구체적으로 설명하고자 한다. 아울러, EIONS의 미래 발전과 연구 방향을 설명하며 리뷰 논문을 마무리하겠다. 이 논문을 통해 EIONS 연구를 막 시작하는 연구자들이 EIONS의 연구 동향을 보다 쉽게 파악할 수 있을 것이다.

• 선박안전
• /
• 통권34호
• /
• pp.18-32
• /
• 2013

최근 선저 부착 생물에 관한 문제가 환경오염으로 확대되고 그에 따른 여러 가지의 선체 방오 방법 중 특히 주석(Sn)의 화합물질의 화학반응으로 따개비 등의 오염 요소를 방지하는 기존 방법이 수은, 구리 등의 유독성 화합물에 의해 임포섹스 유발과 그에 따른 2차 오염 확산의 요인이 되어 2012년 7월부터는 유기주석화합물(TBT) 도료를 사용한 신규 선박은 규제되는 등 그 심각성이 대두하고 있다. TBT는 매우 미량의 농도에서도 다양한 생물학적 저해영향을 일으키는 것이 알려져 이를 대체하기 위한 여러 화학물질이 개발됐다. 본 논문에서는 이러한 추세에 따라서, 유독성 화합물의 독성을 벗어나 저 전류의 고주파 고전압 펄스 에너지를 이용한 새로운 환경조성을 통해서 부착성 패류의 선저 부착에 대한 특성을 연구하였으며, 특히 환경오염 및 해양오염에 영향이 적은 방오시스템을 개발하고자 하였다. 또한 본 연구에서 적용된 고전압 펄스 시스템을 이용하여 선체의 부식정도를 저감 가능한 시스템을 구현을 위한 기초 실험과 현재 이슈화 되고 있는 선박평형수의 살균장치에 적용하는 파생연구들을 통하여 해양오염방지 요소들을 겨냥하여 후속연구를 위한 토대를 마련하고자 하였다.

• 공업화학
• /
• 제24권6호
• /
• pp.567-578
• /
• 2013

미생물연료전지는 혐기성 조건에서 미생물의 촉매 반응을 통해 유기물질의 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 생물전기화학 장치이다. 미생물연료전지의 전력밀도 및 쿨롱효율은 산화전극 챔버 내 미생물의 종류, 시스템 구성요소 및 운전조건에 영향을 받는다. 미생물연료전지에서 달성할 수 있는 전력은 구성요소, 물리적 및 화학적 운전조건, 바이오 촉매 선택 등의 최적화로 디자인을 변형하여 현저하게 증가시킬 수 있다. 본 총설에서는 미생물연료전지의 구성, 운전 매개변수의 최적화 및 성능과 더불어 장래 응용에 대한 최근 연구를 중점적으로 고찰하고자 한다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2017년도 학술발표회
• /
• pp.1-1
• /
• 2017

녹조현상은 부영양화된 호수나 유속이 느린 하천에서 부유성의 조류(식물 플랑크톤)가 대량 증식하여 수면에 집적하게 되고 물의 색을 현저하게 녹색으로 변화시킴으로써 발생된다. 최근에는 이러한 녹조 현상이 광역화, 독성화, 장기화의 특성을 띠며 빈번히 발생되고 있다. 녹조현상은 독소를 발생시키는 남조류에 의해 수생식물에 악영향을 주는 것으로 알려져 있다. 예를 들면 독소에 의한 가축에의 영향, 생태계 파괴로 인한 생태학적인 문제, 산소결핍으로 인한 물고기 및 각종 수중생물 폐사 등의 심각한 문제를 야기한다. 또한 조류는 식수에서 맛과 냄새를 유발할 뿐 아니라 Microcystin-LR과 같은 유해한 독소를 배출하여 공중 보건을 위협한다. 이에 식수원으로 사용되는 하천의 조류 번식에 따른 대응방안 마련이 절실히 요구된다. 유입되는 조류로 부터의 정수처리 설비의 처리 부하를 줄이기 위해서는 취수시스템과 연계한 고속 전처리 조류 제거 시스템을 개발이 필요하다. 기존의 전기응집부상공정(Electro-Coagulation and Flotation, ECF)은 화학 약품(응집제) 투여량이 적은 이점이 있지만 비교적 긴 전기 분해 시간이 필요하여 기존 정수처리 시스템과 연계성에 있어 한계가 있다. 이에 본 연구는 전기 분해 시간을 줄여 유입된 조류를 수 초 내에 응집하여 1분 이내에 조류를 분리하는 초고속 조류 전처리 기술을 개발하였다. 개발된 기술의 현장적용 및 실험 결과, 응집과정이 없이도 Chlo-a는 약 45 %의 제거 효율을 나타났다. 또한 응집제의 투입 및 전극에 의한 부상시스템에 의해 Chlo-a가 약 80 %로 제거되는 것으로 나타나 빈번하게 발생되는 조류로부터 안정적인 물 공급을 위한 전처리 공정으로 활용이 가능할 것으로 판단된다.

• 대한전기학회:학술대회논문집
• /
• 대한전기학회 2006년도 제37회 하계학술대회 논문집 C
• /
• pp.1647-1648
• /
• 2006

화학적, 생물학적 분석, 즉 특정 물질의 존재 유무를 측정하기 위해 마이크로캔틸레버라는 구조체를 제작하여 이를 바이오센서로 응용하였다. 마이크로캔틸레버의 장점은 분석하고자 하는 시료의 양이 적더라도 감지가 가능하고 이를 통하여 분석시간을 단축할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 마이크로캔틸레버 구조물 제작을 위해 보편적으로 많이 이용되는 bulk 미세 가공 기술을 대신하여 표면 미세 가공기술을 이용하였다. 이러한 표면 미세 가공기술은 bulk 미세 가공기술에 비해 공정이 간단하고 값이 싸다는 장점이 있다. 또 액상 실험을 위하여 polydimethylsiloxane (PDMS)와 fused silica glass를 사용한 유체 제어 시스템을 제작하였다. 본 연구에서는 자기조림 이라는 특성을 이용하여 생물분자를 유체 제어 시스템 내의 마이크로캔틸레버 상단에 immobilization 시킨 후 마이크로캔틸레버 상, 하단의 표면 스트레스 차이에 따른 마이크로캔틸레버 자체의 휘어지는 정도를 측정하였다. 이러한 휘어지는 현상을 관찰함으로서 마이크로캔틸레버의 바이오센서로 응용 가능성을 확인한 수 있었다.

• 한국전자통신학회논문지
• /
• 제8권7호
• /
• pp.979-986
• /
• 2013

최근, 전기, 전자, 로봇, 의료 산업 등 전 분야에서 소형화된 크기로 고도의 지적인 기능을 가지는 MEMS 기반의 스마트 디바이스 개발에 큰 관심이 집중되고 있다. MEMS 기술은 스마트 디바이스에서 요구되는 복잡한 전기적, 기계적, 화학적 그리고 생물학적 기능들을 하나로 결합하여, 초소형, 초경량으로 설계하고, 동시에 이들 디바이스들을 대량으로 일괄 제조할 수 있기 때문에 생산성 및 실용성, 경제성 측면에서 매우 효과적이다. 따라서 본 연구에서는 다가올 MEMS 기반의 새로운 기술적 패러다임에 대비하기 위해 MEMS의 공정들을 분석하고 그 적용 사례들을 고찰함으로서 기본적인 적용 방법론을 확립한다.

• 신재생에너지
• /
• 제16권1호
• /
• pp.58-67
• /
• 2020

Microbial electrosynthesis has recently been considered a potentially sustainable biotechnology for converting carbon dioxide (CO₂) into valuable biochemicals. In this study, bioelectrochemical acetate production from CO₂ was studied in an H-type two-chambered reactor system with an anaerobic microbial consortium. Metal-rich mud flat was used as the inoculum and incubated electrochemically for 90 days under a cathode potential of -1.1 V (vs. Ag/AgCl). Four consecutive batch cultivations resulted in a high acetate concentration and productivity of 93 mmol/L and 7.35 mmol/L/day, respectively. The maximal coulombic efficiency (rate of recovered acetate from supplied electrons) was estimated to be 64%. Cyclic voltammetry showed a characteristic reduction peak at -0.2~-0.4 V, implying reductive acetate generation on the cathode electrode. Furthermore, several electroactive acetate-producing microorganisms were identified based on denaturing- gradient-gel-electrophoresis (DGGE) and 16S rRNA sequence analyses. These results suggest that the mud flat can be used effectively as a microbial source for bioelectrochemical CO₂ conversion.

• 한국수소및신에너지학회논문집
• /
• 제9권1호
• /
• pp.8-15
• /
• 1998

지구온난화방지를 위한 이산화탄소 고정화 기술로는 주로 접촉수소화에 의한 탄화수소의 제조가 주로 연구, 검토되고 있으나 값비싼 수소의 확보가 큰 걸림돌로 작용하고 있으며, 기타 해조류 합성 등에 의한 생물학적 고정화 방법도 연구되고 있다. 전기화학적 환원에 의한 이산화탄소 고정화 방법은 전해질 용액중 촉매전극으로 전기화학반응을 일으켜 이산화탄소를 메탄, 에탄, 알코올 등으로 전환시키는 것으로 접촉수소화 방법과 같은 원리로 생각할 수 있으나 전기분해와 동시에 수소화 반응을 일으키므로 장치가 간단하고 심야의 잉여전력을 이용할 수 있는 동의 장점으로 최근 연구개발이 이루어지고 있다. 본 연구에서는 환원전극으로 구리 및 페롭스카이트($La_{0.8}Sr_{0.2}CuO_3$) 분말을 시료로 하여 제조한 전극을 사용하였고, 기준전극으로는 Ag/AgCl, 상대전극으로는 백금전극을 사용하였다. 전해액은 $KHCO_3$ 수용액에 이산화탄소를 포화시키고 이를 반응조에 순환시키는 연속흐름식 전해환원시스템을 사용하였다. 환원전극의 크기는 $2{\times}2cm$, 상대전극의 크기는 $2{\times}6cm$의 것을 사용하였고, 전해환원 결과 얻어지는 기상의 생성물과 액상의 생성물을 분석하였다. 또한 전해질의 농도, 페롭스카이트 전극의 제조방법에 따라 환원전류의 크기 및 반응생성물의 종류와 발생량을 측정하였다.

• 한국수자원학회:학술대회논문집
• /
• 한국수자원학회 2012년도 학술발표회
• /
• pp.712-712
• /
• 2012

하 폐수 처리방류수를 물리적, 화학적 그리고 생물학적 기술을 이용하여 처리한 후 재활용수로 이용하고자 하는 새로운 노력들이 진행되고 있지만 국내의 경우 방류수 재활용 기술과 처리수의 재이용에 대한 평가기술이 선진국에 비해 초기 단계에 있어 이 분야에 대한 적극적인 기술개발이 요구된다. 막 분리 기술을 이용한 처리 수는 소독 등의 추가적인 처리 없이 살수용수나 수경용수로 이용이 가능하며, 잔류염소를 유지시킬 경우 화장실 세정용수로의 이용도 가능하며, 또한 후처리 기술을 조합하면 고급 공업용수 등으로 사용가능하므로 선진기술로서 수요조건에 맞게 전 후 처리를 조합한 수요자 맞춤형 재이용수 공정기술을 개발할 필요가 있다. 이에 효율적인 하 폐수 재이용을 이용하여 농업용수(축산 음용수, 첨단 수출원예용수, 첨단 농업용수, 농산업 클러스터 복합 곡물 용수), 원예용수(원예단지), 공업용수 등의 다양한 용도에 활용 가능한 수요자 맞춤형 모듈 및 공정 개발을 수행하였다. 개발된 공정은 AOP 및 막 세정 시스템을 이용한 새로운 공정으로, AOP 시스템은 전기 이온 모듈을 통해 OH 라디칼을 생성 및 염분 제거 효율을 극대화 하여 오염 물질을 산화시키는 공정이며, FDA 시스템은 탁도가 높은 원수가 과다 유입 될 경우 후단 여과 막의 부하를 줄이는 역할을 하며, 부유 물질을 여과 시킨다. 막 세정 시스템은 미세 입자를 구성된 기포를 이용하여 눈에 보이지 않는 곳 까지 세척하며, 살균 작용을 하며, 분리 막의 성능을 증대 시킨다. 이어 UF 분리 막 시스템은 원수의 미세불순물, 박테리아, 스케일 물질 등을 제거하며, NF 시스템을 통하여 미립자, 박테리아 유기 화합물 및 2가 염 제거를 하여 재이용수를 생산하는 공정을 개발하였다. 개발된 수요자 맞춤형 공정은 하수 재이용 기술의 이용 목적 및 수요자별로 맞춤형으로 운영이 가능하며, 개발된 세척 기술은 분리 막 세정 유지관리비 및 에너지를 저감 할 수 있으며, 현장 적용의 실증화 과정을 거쳐 공정 기술을 신뢰도를 향상하고, 보유 기술을 수요자 맞춤형으로 업그레이드함으로써 기술의 경쟁력 및 고품질의 하수 재이용 기술의 새로운 방향을 제시 할 수 있을 것으로 판단된다.