본 연구는 국내에서 대표적으로 이루어지고 있는 녹비작물인 호밀, 트리티케일, 헤어리베치 단파와 트리티케일+헤어리베치 혼파를 대상으로 온실가스인 이산화탄소 저감을 위한 최적의 녹비작물을 선발 하기위하여 수행되었다. 윤작지 녹비작물의 지상부 바이오메스는 트리티케일+헤어리베치 664 kg $10a^{-1}$, 호밀 585 kg $10a^{-1}$, 트리티케일 545 kg $10a^{-1}$이었으며 대조구 대비 트리티케일+헤어리베치 181%, 호밀 160%, 트리티케일 149% 증가하는 경향을 보였다. 녹비작물 재배시기 동안 표토의 유기물 함량이 심토보다 높은 경향을 보였다. 토양 유기물 함량은 호밀 처리구에서 가장 높았고 그 다음이 트리티케일+헤어리베치 순으로 나타났다. 지상부 바이오메스 생산량이 많은 호밀, 트리티케일+헤어리베치 재배구에서 가장 높은 유기물 함량을 보인 것은 탄소함량과 C/N율 때문인 것으로 분석 (Wang et al., 2010)되며 C/N율은 토양 탄소와 밀접하게 관련 있으며 바이오메스 품질 (Mirsky et al., 2008)과 바이오메스 분해율을 결정하는 중요한 요인(Kemp et al., 2003) 이므로 본 연구에서 호밀과 트리티케일+헤어리베치는 녹비작물로 바이오메스 생산량도 높고 토양 탄소 함량 증진에도 효과가 높아 이산화탄소 저감에 효과적일 것이다.
산느타리 배지재료별 적정 혼합비율을 구명하기 위하여 1 kg 봉지재배를 통해 배지의 화학성과 2주기까지의 버섯 수량간 관계를 분석한 결과, 1주기 버섯 수확량은 총 질소량과 상관을 보였는데, 총 질소량 1.1% 부근에서 최대의 수량을 보였고 그보다 질소량이 적거나 많은 경우 수량이 적어지는 경향을 보였다. 또한 2주기 버섯 수확량은 총질소, 총탄소, C/N율 등 여러 가지 화학성과 높은 상관을 보였는데, 질소함량 1% 이상의 구간에서 질소함량이 높을수록, 탄소함량 13% 이상의 구간에서 탄소함량이 높을수록 수량이 증가되는 양상을 보였다. 따라서 산느타리 재배시 혼합배지의 질소함량이 1.1% 정도인 경우 1주기 버섯수량이 가장 높았고, 2주기 수량은 질소와 탄소의 함량이 높은 배지에서 높은 경향을 보였다. 다만, 면실피가 다량 첨가된 배지에서 대두박과 케이폭박이 합계 20% 첨가되면 버섯 발생에 문제가 생길 수 있으므로 주의해야 할 것이다.
산소 플라즈마 처리에 따른 활성탄소의 산소 관능기 도입이 세슘 이온 흡착 특성에 미치는 영향에 대하여 고찰하였다. 산소 플라즈마 처리 시 주파수, 전력 및 산소 가스 유량은 각각 100 kHz, 80 W 및 60 sccm으로 고정하였으며, 반응시간을 변수로 수행하였다. 본 실험조건에서는 산소 가스와의 반응시간이 10분일 때 C-O-C 및 O=C-O 결합 내 산소 기능기 함량이 증가함에 따라 세슘 이온 흡착량이 증가하였다. 그러나 반응 시간이 15분일 때 산소 관능기 함량이 감소하게 되어 세슘 이온 흡착량이 오히려 감소되었다. 한편, 표면 처리된 활성탄소의 산소 함량과는 달리 그 비표면적 및 기공 특성은 산소 플라즈마 반응 시간에 따라 거의 영향을 받지 않았다. 결과적으로 산소 플라즈마 처리된 활성탄소는 미처리 활성탄소에 비하여 세슘 이온 제거율이 최대 97.3%까지 향상되었다. 이는 산소 플라즈마 처리로 활성탄소 표면에 도입된 C-O-C 및 O=C-O 결합 내 산소 기능기의 함량에 기인한 것으로 판단된다.
Kenaf(Hibiscus cannabinus L.)의 버섯 배지원으로서의 활용 가능성을 판단하고자 물리성과 영양원 함유량 등을 분석한 결과 배지의 형태를 유지하고 영양원의 공급기지 역할을 하는 주재료로서 활용 가능성이 높았으며 탄소, 질소 함량과 C/N율, 일반성분, 미량원소 그리고 아미노산 함량 등도 일정 수준을 유지하고 있어서 배지 영양원으로서 역할도 기대할 수 있었다. 실제로 Kenaf는 다공성 세포구조 특성으로 높은 함수능력을 가지고 있었는데 bast 부위의 경우 수분 흡수율이 578%로 수분 조절제와 산소 공급자 역할을 충실히 할 것으로 판단되었다. 총 탄소 함량은 91.4%로 포플러톱밥이나 밀기울, 미강에 비해 아주 높았다. 총 질소는 1.76%로 배지 주재료로는 높은 특성을 유지하였으며 C/N율은 51.9 였다. 가용성무질소물은 46.6%로 미강 정도의 수준을 유지하였다. 탄소원 구성을 보면 cellulose 함량은 포플러에 비해 상대적으로 높았고 lignin 함량은 낮았는데, 비교적 원활하게 사용할 수 있는 탄소원인 hemicellulose+pectin 혼합물이 포플러에 비해 3.7% 많았다. 무기이온 함량도 케나프가 포플러톱밥에 비해 전체적으로 높았는데 Fe은 4.2배, P은 3.2배, K는 2.2배 많았고 Ca는 16 mg/kg 더 많았다. 아미노산 함량은 전체적으로 포플러톱밥보다 많았으며 미강보다는 함량이 낮았다.
울릉분지 남서부 해역에서 채취한 두 개의 피스톤 코어 (piston core) 시료를 이용하여 퇴적학 및 지화학적 특성을 연구하였다. 코어는 제4기말의 이질 퇴적물로 대부분 구성되어 있고, 테프라 (tephra layer)와 사질 퇴적물이 일부 협재되어 나타난다. 기존 확인된 울릉분지의 테프라를 이용하여 층서 대비를 한 결과, 두 코어는 대양보다는 높은 퇴적률 (10-12cm/kyr)을 갖는다. 이는 코어가 약 4만 4천년 전의 기록부터 시작하고 있음을 의미한다. 동위원소 층서 2 (마지막 빙기) 중에 형성된 구간에서는 저탁류의 영향을 많이 받은 여러 종류의 퇴적상들이 교호하여 나타난다. 코어의 하부 구간에서는 가스의 방출에 의하여 형성된 것으로 사료되는 수평균열이 다수 관찰된다. 두 코어에서 측정된 유기탄소 (organic carbon) 함량은 평균 $1.8\%$(0.1-4.5\%)$으로 열린 바다 (open sea) 퇴적물의 유기탄소 함량보다 높다. 이는 Termination I 시기 때 해수면 상승으로 인해 산소가 다소 결핍된 환경으로 전이되면서 유기탄소의 양이 증가하였음을 보여주는 것으로 해석된다.
IODP Expedition 311에서 채취한 퇴적물 시료들의 TOC 함량은 대부분 1 %미만이고 육지에서 해안으로 갈수록 높은 함량을 보여준다. TOC/TN비는 4에서 10의 범위를 가지고 있으며, 이 값은 대부분의 유기물들이 육성식물 보다는 조류기원임을 보여준다. 반면에 Rock-Eval 분석 열분석결과는 유기물들이 Type III 의 육성식물 기원임을 지시하고, 대부분의 유기물들이 미성숙단계 (immature stage)에 있음을 보여준다. 유기물 기원에 대한 지화학적 지시자들 사이의 불일치를 해결하기위해 유기물의 탄소동위원소 ($^{13}C_{org}$) 분석을 실시하였다. 분석된 유기물 탄소동위원소 값은 -28.4 $%_o$,에서 -23.0 $%_o$의 범위를 가지고 있으며, 이는 유기물들이 식물성 기원보다는 해수 및 담수의 조류가 혼합된 기원이 우세하다는 j것을 지시해준다.
본 연구에서는 불용성 토양 휴믹물질(HS)인 토양 휴민(Hu)을 대상으로 페난트린(PHE)과의 흡착상수($K_{OC}$, n)를 조사하였고, 각 휴민 분자의 물질특성과 흡착상수와의 상관관계를 조사하였다. 토양 휴민은 한라산 토양을 포함한 국내 5개 지역의 토양과 국제휴믹학회(IHSS) 표준토양 및 이탄토(Peat)에서 분리한 7종을 사용하였으며, 원소성분비 및 고체 $^{13}C$ NMR을 이용한 탄소형태별 분포(%) 등을 조사하였다. 토양 휴민은 알킬탄소를 주요 성분으로 하는 높은 지방족 탄소함량(57.1~72.3%)을 가진 분자구조 특성을 보였으며, 추출원별 알킬탄소의 함량($C_{Al-H,C}$, %)은 화강암 기원의 토양 Hu (26~42) > 화산재토양 기원의 HL Hu (23.9) > Peat Hu (14.0)의 순으로 나타났다. 토양 휴민의 물질특성과 PHE 흡착상수의 상관성 해석결과, 유기탄소 표준화분배계수($K_{OC}$, mL/g) 값은 알킬탄소 함량(%)과 높은 상관성($r^2$ = 0.77, p < 0.05)을 보인 반면, Freundlich plot을 통해 얻은 비선형 흡착상수(n)는 H,C-치환 방향족탄소 함량($C_{Ar-H,C}$, %)과 높은 상관성($r^2$ = (-)0.74, p < 0.05)을 보였다. $K_{OC}$ 값은 분자 극성도(PI, N+O)/C)와도 높은 상관성($r^2$ = (-)0.74, p < 0.1)을 보여, 분자극성도 값도 소수성유기물의 흡착능 예측에 유용한 물질특성 인자임을 확인하였다. 이상의 결과로 부터 토양휴민 분자 내 알킬탄소의 함량이 높거나, 분자극성도가 낮을수록 PHE의 흡착능이 증가하며, 방향족탄소 함량이 높을수록 흡착의 비선형성(nonlinear sorption)이 증가하는 경향이 있음을 알 수 있었으며, 이러한 토양 휴민의 PHE 흡착특성은 dual reactive mode 흡착모델에 적용하여 해석하였다.
플라즈마 회전전극법으로 제조된 Ti-51at%Al 금속간화합물 분말에 함유된 불순물의 함량변화를 분석하였다. 산소와 탄소의 함량은 각각 600 및 200ppm 정도로 분말입도에 따라 변하였으며, 이는 주로 원재료에 포함된 불순물의 영향이었다. AES 분석에 의하면 분말표면 산화물은 주로 Ti 및 Al과 산소 및 탄소의 복합화합물로 구성되었으며, 그 두께는 약 100 및 $200{\mu}m$ 크기의 분말에 대하여 각각 7 및 3.4nm 정도로 측정되었다. 분말의 제조로 산소와 탄소의 함량이 오히려 감소되는것의 구체적인 기구는 아직 확인되지 않았으나 플라즈마 고열에 의한 정련현상에 기인하는 것으로 생각된다.
폴리아크릴로니트릴(PAN)계 탄소섬유와 목재펄프를 이용하여 탄소섬유의 길이와 함량 및 강화 종이의 평량을 달리하여 각각 탄소섬유 강화 종이를 제조한 후 탄소섬유와 펄프섬유와의 접착특성 및 강화 종이의 물리적 특성과 전기전도도를 조사하였다. 탄소섬유 강화 종이의 형성은 탄소섬유와 펄프섬유의 계면에서의 화학적 결합이라기보다는 물리적인 얽힘과 접착이었으며, 탄소섬유의 첨가량을 증가시키면 강화 종이의 두께와 인열강도는 증가하는 반면 인장강도와 파열강도는 감소하였다. 탄소섬유의 길이가 짧을수록 강화 종이 내에서 섬유의 분산성이 양호하였으나 가장 우수한 전기전도도는 탄소섬유의 길이가 10 mm일 때였다. 강화 종이의 전기전도도는 탄소섬유의 함량이 2 wt%일 때부터 급격히 증가하다가 8 wt% 이상이 되면 서서히 증가하는 S자형 곡선을 보였으며, 강화 종이의 평량 증가에 따라 선형적으로 비례하여 향상되었다. 따라서, 전기전도도와 물리적 특성이 우수한 강화 종이를 얻기 위해서는 탄소섬유의 함량을 증가시킴과 동시에 평량을 증가시키는 것이 바람직하다.
본 연구에서는 활성탄소를 이용하여 해양환경으로 유출된 침강 HNS를 현장에서 대응하기 위한 기술 개발을 목적으로, 활용 가능한 활성탄소의 조건을 검토하고 예상 소요량을 산출하였다. 입자 크기별 7종의 활성탄소들을 대상으로 침강 속도를 측정하였고, 침강 HNS로 분류된 클로로포름(CHCl3)에 대한 흡착용량을 실험실 규모 실험(lab-scale test)으로 측정하였다. 또한 7종 활성탄소들에 대하여 유해물질함량과 용출 실험을 실시하여 용출된 유해물질 함량을 정량 분석하였다. 평균 침강속도(Mean particle-settling velocity)는 0.5~8 cm/sec의 범위로 8-20 mesh 경우를 제외하고 입자의 크기가 클수록 침강속도가 빨랐으며, 클로로포름에 대한 흡착효율은 대체로 입자가 작을수록 표면적이 넓어져 증가되었다. 또한 현장 투입 후 2차 오염가능성 확인을 위한 유해물질함량과 용출 실험 실험에서 >100 mesh의 활성탄소는 전함량분석결과가 아연(Zn)과 비소(As)가 수처리제기준보다 높고, 용출실험결과에서도 크롬(Cr), 아연(Zn), 비소(As)가 다른 활성탄소에 비해 높은 농도로 용출되었다. 흡착효율, 침강속도, 유해성분 용출량 등을 종합적으로 고려하여 현장 처리 적용 가능한 활성탄소는 20-60, 20-40, 2mm&down mesh 이었으며, 흡착용량을 최우선으로 판단하여 투입물량을 계산하면 최소 현장 투입 물량은 각각 0.82, 0.90, 1.28 ton/㎘ 이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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