• 제목/요약/키워드: 열역학적양

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괴재 및 전로슬래그를 이용한 CO2 저감 및 칼슘 추출 후 슬래그 활용 (CO2 Sequestration and Utilization of Calcium-extracted Slag Using Air-cooled Blast Furnace Slag and Convert Slag)

  • 유영석;최홍범;방준환;채수천;김지환;김진만;이승우
    • 공업화학
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    • 제28권1호
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    • pp.101-111
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    • 2017
  • 광물탄산화 기술은 천연광물 및 산업부산물에 포함된 칼슘이나 마그네슘을 이산화탄소와 반응시켜 탄산염을 생성하는 기술로 이산화탄소를 열역학적으로 안정한 형태로 저장할 수 있는 기술이다. 본 연구는 철강슬래그를 이용한 이산화탄소 저감 및 추출 후 슬래그 재활용을 통해 환경적 부담 및 공정 비용 절감을 절감할 수 있는 광물탄산화 상용화 기술 개발을 목표로 설정하였다. 추출 용매(염화암모늄)를 사용하여 괴재 및 전로슬래그로부터 칼슘을 추출하고 추출된 칼슘을 이산화탄소와 반응시켜 순도 98% 이상의 탄산칼슘을 합성하였다. 또한 칼슘 추출 후 슬래그를 건축자재(패널)로 활용하는 기술을 개발하였다. 슬래그의 칼슘 추출효율에 따라 상이한 결과를 보였지만 광물탄산화 전체 공정에 있어 중량 비(약 80-90%)를 차지하는 칼슘 추출 후 슬래그(잔여슬래그)의 활용을 통해 광물탄산화 공정으로부터 배출되는 산업부산물의 양을 최소화하고자 하였다. 잔여슬래그는 시멘트 패널 제작에 활용되는 규사미분 대체 물질로서 이용하였고 기존 시멘트 패널과 물성평가(압축강도 및 휨강도)를 상호 비교하였다. 용액 내 칼슘 농도는 유도결합 플라즈마 분광분석기(Inductively coupled plasma optical emission spectrometer, ICP-OES)를 사용하여 분석하였다. 합성한 탄산칼슘은 X선 회절 분석법(X-ray diffraction, XRD)을 이용하여 결정학적 특성 및 정량 분석하였고 주사 전자 현미경(Field emission scanning electron microscope, FE-SEM)을 사용하여 표면 형상을 확인하였다. 시멘트 패널평가는 KS L ISO 679에 준하여 패널 제작 및 패널의 압축강도와 휨강도를 측정하였다.

망간 산화물에 의한 3가 크롬의 산화반응에 미치는 크롬 화학종들의 영향 (Chromium Speciation in Cr(III) Oxidation by Mn-Oxides: Relation to the Oxidation Mechanism)

  • 정종배
    • Applied Biological Chemistry
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    • 제41권1호
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    • pp.89-94
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    • 1998
  • 크롬의 산화는 자연계에 존재하는 여러 가지의 Mn-oxide에 의해 일어나며 산화과정에 존재하는 크롬 화학종들은 반응계 내에서 흡착, 침전 현상을 유발할 수 있고 결과적으로 산화반응을 조절할 수 있을 것이다. 본 연구에서는 birnessite와 pyrolusite에 의한 크롬의 산화에서 크롬 화학종이 반응에 미치는 영향을 조사하였다 Mn-oxide는 그 종류에 따라 크롬 산화력에서 큰 차이를 보였으며 용액의 pH와 초기 3가 크롬 첨가량도 산화반응에 큰 영향을 미쳤다. 동일 표면적당의 산화력을 비교하면 pyrolusite의 산화력은 birnessite의 5% 정도에 불과하였다. 이는 pyrolusite 의 결정도에 크게 기인하며 또한 양으로 하전된 표면 특성 때문에 반응물인 3가 크롬의 접근이 어렵고 반응산물인 6가 크롬의 흡착 등에 기인하는 것으로 보인다. Birnessite에 의한 산화반응에서 pH 3에서는 oxide의 표면에서의 크롬 화학종들의 흡착이나 침전 현상은 발견되지 않았으며 pyrolusite의 경우 일부 6가 크롬의 흡착이 나타났으나 침전현상은 발견되지 않았다. 따라서 pH 3의 경우 산화반응은 Mn-oxide의 특성에 따라 결정된다. Mn-oxide에 의한 크롬의 산화는 열역학적으로 용액의 pH가 높아질수록 더 진행되어야 한다. Birnessite의 경우 pH 5에서 오히려 산화반응이 현저히 저해되었는데 이는 birnessite의 표면에 형성되는 3가 크롬의 침전이 반응표면을 감소시킴으로써 나타나는 현상으로 판단된다. Pyrolusite의 경우 pH 3보다 pH 5에서 크롬의 산화는 더 일어나나 초기 3가 크롬의 첨가량이 많아지면서 반응이 억제된다. 일부 3가와 6가 크롬의 흡착이 일어나나 이 경우도 역시 pyrolusite의 표면에 형성되는 3가 크롬의 침전이 반응을 조절하는 주 요인으로 생각된다. Mn-oxide의 표면에 형성되는 3가 크롬의 침전은 산화가 일어날 수 있는 반응표면을 감소시키고 또한 반응물의 농도를 낮춤으로써 용액의 pH가 높고 3가 크롬의 첨가량이 많아질 때 크롬의 산화반응을 억제하는 주 요인이 되는 것으로 판단된다.

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전분 종류를 달리한 무화과편의 품질 특성 (Quality Characteristics of Muhwakwa-pyun with Various Starches)

  • 김병숙;정미란;이영은
    • 한국식품조리과학회지
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    • 제19권6호
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    • pp.783-793
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    • 2003
  • 무화과편의 제조에는 저장성이 없어 유통기간중 과실로써 가치를 잃기 쉬운 무화과를 대신하여 사시사철 과편을 제조할 수 있도록 가압농축액을 사용하였으며, 비싸고 시장성이 떨어지는 녹두전분 대신 감자전분, 옥수수전분 및 감자와 옥수수 혼합전분 등으로 전분질원을 달리하여 과편을 제조한 후 저장에 따른 색도, 기계적 텍스처 및 관능적 특성 등을 측정하여 품질특성을 비교해보았다. 1. 무화과 가압농축액의 당도는 23.07%, pH는 4.66, 산도는 malic acid로 환산하여 0.28%, citric acid로 환산하여 0.27%정도로 과편 제조에 당도는 충분하나 산도가 떨어져 10% 구연산을 총액체량의 1% 첨가하여 pH 3.4정도로 보정하였다. 2. Visco/Amylograph에 의한 점도 특성과 DSC에 의한 열역학적 특성들을 이용하여 사용한 각 전분들의 호화 및 노화특성 등을 비교한 결과, 감자와 옥수수 혼합전분은 감자전분 다음으로 호화 진행 속도가 빨라 조리하기 쉽고 전분의 내부 결합력은 녹두전분과 비슷하며, 겔 형성 능력은 있으나 노화경향은 낮은 편에 속하는 것으로 나타났으며, 녹두전분과 옥수수전분은 감자와 옥수수혼합전분과 감자전분에 비해 DSC에 의한 호화개시온도와 호화엔탈피가 높은 편으로 조리하는데 에너지가 많이 든다는 것을 확인할 수 있었다. 3. 무화과편의 색도는 전분 종류에 따른 차이를 보였으며 감자전분은 제조 1일 이후에도 겔 이 형성되지 않아 색도를 측정하지 못하였으나, 3일 이후부터는 무화과 특유의 갈색을 투명하게 나타내었고, 감자와 옥수수 혼합전분이 비교적 겔 형성 직후 무화과 특유의 붉은 갈색을 투명하게 나타내었으며, 저장에 따른 황색도의 변화도 가장 적은 것으로 나타났다. 4. 기계적 텍스처 특성에 의하면 저장 5일째에는 모든 전분이 노화가 상당히 진행되어 모든 특성들에서 별로 차이가 없어지게 되므로 3일째까지 저장하며 먹을 수 있을 것으로 보고 이상의 결과를 비교 해보면 감자와 옥수수 혼합전분으로 제조한 무화과편은 견고성, 검성 및 깨짐성이 다른 전분에 비해 유의적으로 작고, 부착성과 응집성이 비교적 큰 편으로, 전통적으로 사용해오던 녹두전분의 겔화와 노화에 따르는 단점을 보완하여 대체할 수 있는 효과적인 전분이 될 수 있을 것으로 생각된다. 5. 관능평가 결과, 색깔 및 투명도는 전분종류에 관계없이 대부분 저장 기간이 길어질수록 색이 연해지고 투명도가 감소하였고, 대체로 저장 3일째부터 색과 투명도의 감소가 두드러지는 경향을 보였는데(p<001), 감자전분의 무화과편은 겔화가 어려워 성형이 잘 안되는 반면 저장에 따른 색 및 투명도는 가장 잘 유지되었다. 무화과 향이나 단맛에 대한 평가는 각 시료간에 유의적인 차이가 없었으며, 견고성, 탄력성, 부착성 및 응집성은 저 장기간이 길어짐에 따라 감소하는 경향을 보였다. 그러나 저장기간이 길어져도 혼합전분의 견고성은 낮은 편에 속하였으며, 탄력성, 부착성, 응집성들은 높게 유지되는 편이었다. 따라서 전반적인 바람직성은 녹두전분에서는 저장기간이 길어짐에 따라 크게 떨어지는 반면 옥수수전분과 혼합전분으로 제조한 무화과편은 전 기간 동안 크게 떨어지지 않고 유지되었으며, 혼합전분이 유의적이지는 않지만 약간 더 높게 평가되었다. 6. 관능평가에서 색깔의 평가는 과편의 명도 (r=-0.58, p<.01)와 황색도(r=-0.46, p<.01)와는 부의 상관관계를 적색도(r=0.55, p<01)와는 양의 상관관계를 나타내며, 투명도 평가에는 밀도(r=-0.56, p<01)가 황색도 (r=-0.54, p<01)가장 영향을 미침을 알 수 있었다. 또한 색깔과 투명도에 대한 관능평가는 기계적인 텍스처 측정치인 견고성, 부착성, 탄력성, 검성 및 깨짐성과 부의 상관관계를 나타냈다. 따라서 과편의 외관특성인 색깔과 투명도가 과편의 평가에서는 매우 중요한 요소로 생각되며 전반적인 바람직성에도 많은 영향을 미침을 알 수 있었다. 전통적으로 과편의 주 전분질원으로 주로 사용된 녹두전분은 조직이 치밀하여 겔형성 능력이 우수하고탄력성이 좋지만 노화가 빠른 속도로 진행되어 품질의 저하를 가져오는 경향이 강하고 시장장성 또한 좋지 않아 비경제적이다 반면 감자전분은 과실의 신맛을 비교적 잘 반영하고 투명성이 좋아 과일의 색을 잘 표현할 수는 있으나 겔화가 어려우며 옥수수전분 역시 탄력성은 좋으나 투명성이 좋지 않은 특성이 있었다. 또한 감자와 옥수수의 혼합전분은 저장에 따른 품질의 변화가 비교적 적었으며 관능적으로 녹두전분과 유위적인 차이를 나타내지 않으므로 이를 이용하여 무화과편을 제조하여 상품화 방안 을 모색한다면 무화과의 이용도 향상에 도움이 될 것으로 생각된다.

水文化學的 資料를 통한 花崗岩質 流域의 化學的 風化特性에 關한 硏究 (Hydrogeochemical Research on the Characteristic of Chemical Weathering in a Granitic Gatchment)

  • 박수진
    • 대한지리학회지
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    • 제28권1호
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    • pp.1-15
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    • 1993
  • 본 연구소는 소규모 유역에서 하천수와 지하수의 溶存이온 특성을 통하여 각종 이온들의 溶脫特性과 粘土鑛物의 형성환경, 化學的 風化量 등을 추정해 본 것이다. 필자는 본 연구를 위하여 1990년 10월 부터 1년간에 걸쳐 유량측정 및 수질분석을 실시하였고 야면의 4개 지점에서 점토광물을 분석하였다. 분석결과, 암석의 풍화에 의한 溶存物質은 전체의 약 39$%$ 미만이었고, 유역내의 풍화층에 집적되는 이온은 $H^+$, $K^+$, Fe, Mn 등이었다. 물질의 계절적인 收支特性과 水文學的 자료로 볼 때, 여름에는 Kaolinite가 열역학적 측면에서 안정된 점토광물이며, 2:1 점토광물도 Kaolinite로 변형될 가능성이 높다. 풍화에 유출되는 2차광물의 형성과 식생의 영향이 비교적 적은 $Na^+$를 사용하여 화학적 풍화량을 추정한 결과, 본 유역의 화강암이 1년에 화학적으로 풍화되는 양은 약 31.31g/$m^2$정도인 것으로 밝혀졌다.

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영서지방의 푄현상 (The Nopsae;a Foehn type wind over the Young Suh region of central Korea)

  • 이현영
    • 대한지리학회지
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    • 제29권3호
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    • pp.266-280
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    • 1994
  • 최근 12년간(1982-1993)의 고도별 상층일기도(850, 700, 500hPa)와 6시간 간격의 지 상일기도 그리고 지상의 기상요소를 분석하여 영서지방에서 높새바람이라고 알려져 있는 푄 현상의 특성을 밝히고자 하였다. 푄현상은 대체로 3월 21일부터 8월 10일까지 기간에 연평 균 28회 출현한다. 반순별로 10회 이상 출현하는 기간은 3월 21-25일, 4월5일-15일, 5월25일 -6월10일, 그리고 6월26-30일이다. 푄현상은 한반도가 오호츠크해기단의 영향하에 있거나, 고기압의 중심이 동해 또는 한반도 북부에 위치하고 있을 때 현저하다. 푄현상의 특성인 이 상고온 및 이상건조현상을 기준으로 푄의 강도를 평가할 때 양사면의 일최고기온의 차가 14.5$^{\circ}C$에 달하기도 하지만 대체로 5.0-7.5$^{\circ}C$(61%)이다. 전날에 비해 일최고기온이 7.6$^{\circ}C$가 높 아진 경우도 있다. 최소상대습도의 강도는 50%를 넘는 경우도 있으나 30% 이하인 사례가 2/3에 달한다. 푄현상의 강도는 6월에 가장 강하나 주민들은 밭작물의 파종과 이앙기인 봄 철에 더욱 심각하게 푄을 인식한다. 푄현상은 9일간 계속되기도 하였으나 55% 이상이 1일 안에 소멸한다. NOAA AVHRR와 GMS의 영상에서 구름의 분포를 참조하여 지상 기상요소 를 분석한 결과 푄현상에서는 풍상강수형, 풍상.정상강수헝, 풍상무강수형 등 3개 유형이 발견된다. 그런데 제 3유형은 열역학적 이론만으로는 설명하기 어려우므로 풍하파와의 관련 여부, 산지지형 또는 기단섭동과의 관련성 등을 밝힐 필요가 있는데, 이를 위하여는 고층기 상자료와 보다 조밀한 기상관측망이 요구된다.

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이산화탄소 포집 및 저장 실용화를 위한 대한민국에서의 이산화탄소 수송 ($CO_2$ Transport for CCS Application in Republic of Korea)

  • 허철;강성길;조맹익
    • 한국해양환경ㆍ에너지학회지
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    • 제13권1호
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    • pp.18-29
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    • 2010
  • 기후온난화에 대처하기 위한 방안 중, $CO_2$ 해양지중저장은 성공가능성이 높은 수단중의 하나로써 각광받고 있다. $CO_2$ 해양지중저장은 대량 발생원으로부터 $CO_2$를 포집하여 저장지로 수송한 후, 가스 저장층 이나 염대수층 등과 같은 해저 지질구조 내에 $CO_2$를 저장하는 공정 전체를 아울러 지칭한다. 우리는 2005년부터 $CO_2$ 해양지중저장 관련 기술들을 개발해왔으며, 주요 기술 개발 분야에는 $CO_2$ 저장후보지 탐색과 $CO_2$ 수송 및 저장 공정을 위한 기본 설계가 포함된다. 신뢰성 있는 $CO_2$ 해양지중저장 시스템설계를 위해, 가상시나리오를 개발하였으며 수치해석 프로그램을 이용하여 전체공정을 분석하였다. $CO_2$ 포집원으로 부터 주입저장지로 $CO_2$를 수송하는 공정은 열역학 상태방정식으로 모사 가능하다. 본격적인 설계공정에 대한 수치해석을 수행하기에 앞서 관련 열역학 상태방정식들을 비교 및 분석하였다. 분석된 상태방정식들의 정확도를 평가하기 위해 참조문헌의 실험데이터와 수치계산결과를 비교하였다. 현재까지 진행된 $CO_2$ 해양지중저장 공정설계는 주로 순수한 $CO_2$를 대상으로 하였다. 하지만 포집된 $CO_2$ 혼합물은 질소, 산소, 아르곤, 물, 황화수소 등의 불순물을 포함하고 있다. 작은 양의 불순물이 포함될 시에도 열역학적 물성치가 바뀔 뿐 만 아니라, 압축, 정제, 수송 공정 전체에 막대한 영향을 미치게 되므로 간과되어서는 안 된다. 본 논문에서는 해상 및 육상 $CO_2$ 수송에 영향을 미치는 주요 설계 인자들을 분석하였으며, 가상 시나리오의 매개변수에 관한 연구를 수행한 다음, 유량, 직경, 온도, 압력 등의 설계 인자들의 변화 범위를 제시하고자 하였다.