본 전기로 환원슬래그는 팽창성 물질이 함유되어 불안정한 상태이므로 건설용 재료로 그대로 사용하기에는 다소 무리가 있다. 그러나 전기로 환원슬래그에는 $11CaO{\cdot}7Al_2O_3{\cdot}CaF_2$와 ${\beta}-C_2S$ (calcium aluminate compounds) 물질이 함유되어 있으므로 적절한 성분 보조제를 혼합하여 사용한다면 콘크리트용 혼화재료로서 사용이 가능할 것으로 판단된다. 이에 본 연구에서는 콘크리트 혼화재료서 전기로환원슬래그 미분말의 사용 가능성을 검토하고자 한다. 전기로 환원슬래그 미분말의 치환율별 모르타르 강도특성과 응결특성을 검토 결과, 최적 치환율은 30% 수준으로 나타났다. 최적 치환율에 석고 첨가에 따른 응결시간 및 강도특성을 파악한 결과, 전기로환원슬래그 미분말 치환율 30%인 배합에 이수석고를 8% 혼입하였을 경우 압축강도 발현 성상 및 응결특성이 OPC와 유사한 결과를 나타내었다.
중금속류나 방사성 물질로 오염된 지하수를 원위치에서 처리(정화 혹은 고정화)하고자 할 때, 반드시 고려해야 할 지화학적 요소 중의 하나는 지하수의 산화/환원전위 값이다. 우리는 생지화학적 작용에 의한 현장 지하수의 산화/환원전위 변화 특성을 알아보기 위해 실험실 조건에서 한국원자력연구원의 심부지하수를 대상으로 전자공여체(젖산), 전자수용체(황산염) 및 토착미생물을 주입하여 시간별로 산화/환원전위 변화를 관찰하였다. 질소가스-충전 글로브박스에 있는 순수 지하수는 시간이 경과함에 따라 미약한 Eh 상승(약산화)이 있었다. 하지만, 젖산, 황산염 혹은 미생물이 주입된 지하수 대부분의 Eh는 감소(환원)하는 특성을 보여주었다. 특히, 국내 토착 황산염환원미생물인 '바쿨라텀'이 주입되었을 때, 지하수의 Eh가 -500 mV 근처까지 감소하여 강환원성 지하수로 바뀌었다. 이처럼 일반 금속환원박테리아에 비해 황산염환원박테리아의 지하수 환원화 능력이 매우 우수함에도 불구하고, 용존 황산철을 필요로 하였고 최종적으로 황화광물(예; 맥키나와이트)이 생성되면서 추후 반응에 관한 예측을 어렵게 하였다. 결과적으로, 미생물 외에도 미량의 영양물질 주입 여하에 따라 지하수의 산화/환원전위가 크게 달라졌으며, 이는 산화/환원전위의 영향을 받는 용존 오염 물질의 산화수, 용해도 및 수착 등의 특성들이 생물자극법에 의해 바뀌거나 조절될 수 있음을 의미한다.
고준위방사성폐기물 처분장의 완충재로 고려되고 있는 자연산 벤토나이트에 대해서 기존의 물리 화학적 및 광물학적 성질 외에 생물학적 특성을 살펴보았다. 국내산 '경주벤토나이트'를 대상으로 만든 현탁액을 영양배지 세럼병에서 일주일 이상 숙성시키며 시간에 따른 벤토나이트의 변화를 관찰하였다. 영양배지에서 활성화된 벤토나이트는 고체 시료뿐만 아니라 용액도 함께 변하였다. 용존황산염 수용액으로부터 검은색의 미립자 황화물이 생성되기 시작하였으며, 시료를 채취하여 배양한 결과 4 종류의 황산염환원박테리아(SRB)가 자체 생존하고 있음이 확인되었다. 이러한 결과는 벤토나이트 분말시료 내에 황산염환원(혹은 금속환원)박테리아가 고착 및 서식하고 있음을 말해주는 것으로, 이는 지하의 환원환경 조건하에서 완충재 내외부에 장기적으로 생지화학적 영향이 발현될 가능성이 있음을 의미한다.
식품의 상품화에 따라 식품 첨가물의 사용이 증가되고 있다. 식품 첨가물로서 색소는 고유의 색소를 보존하기 어려운 식품에 따라 사용되며 tar 색소, 식물성 색소 및 광물성 색소로 나눌 수 있는데 tar 색소는 독성이 강한 것이 많으므로 현재 15종만이 법적으로 허용되어 있다. 이중 azo 화합물인 amaranth, tartrazine, sunset yellow, allura red에 대하여 흰 주위 hepatic azo reductase의 활성을 측정 비교하였고 이에 대한 flavin의 효과를 보았다. 1. Amaranth를 기질로 사용하여 kinetic constants $Km=645\;\mu\textrm{M}$, Vmax=50 n mol/min/mg protein의 값을 얻었다. 2. Amaranth의 농도를 일정하게 하고 FAD의 농도를 증가시켰을 때 hepatic azo reductase의 활성은 현저히 증가하였으나 NADPH-generating system에 의한 환원은 작은 증가를 나타냈다. 3. 기타 식용 azo 색소 tartrazine, sunset yellow, allura red를 기지로 azo reductase activity를 측정한 결과 sunset yellow는 amaranth와 비슷한 환원활성은 나타냈고, tartrazine은 보다 낮은 환원활성을 allura red는 보다 높은 환원활성을 나타냈으며, $300\;\mu\textrm{M}-FAD$에 의해 기질 모두에서 환원활성이 증가함을 알 수 있었다.
1991년 스위스연방기술원(EPFL) 화학과 교수 Michae Gratzel이 발명한 염료감응 태양전지 (DSSC)는 값싼 원료와 저가공비 면에서 가장 경쟁력 있는 기술의 하나로 큰 기대를 받고 있다. 염료감응 태양전지의 특징은 전극기판의 재료나 염료를 바꿈으로서 형상이나 색체에 다양성을 갖도록 할 수 있다. 일반적인 염료감응 태양전지의 원리는 태양광이 염료 분자에 흡수, 염료는 여기상태가 되어 전자를 n형 반도체인 $TiO_2$의 전도대로 흘리고, 전자는 TCO전극으로 이동하여 외부 부하에 전기 에너지를 전달하고 상대전극으로 이동, 염료는 $TiO_2$에 전달한 전자 수만큼 전해질로부터 전자를 공급 받아 원래의 상태로 돌아가게 되는 원리에 의하여 발전된다. 전해질로는 $I^-/I_3^-$와 같이 산화-환원 종으로 구성되어 있으며, $I^-$ 이온의 source로는 LiI, NaI,이미다졸리움 요오드 등이 사용되며, $I_3^-$는 이온은 $I_2$를 용매에 녹여 생성시킨다. 전해질 매질은 acetonitrile과 같은 액체 또는 PVdF와 같은 고분자가 사용될 수 있다. 액체형의 경우 산화-환원 이온 종이 매질 내에서 신속하게 움직여 염료의 재생을 원활하게 도와주기 때문에 높은 에너지 변환 효율이 가능하지만, 전극 간의 접합이 완벽하지 못할 경우 누액의 문제를 가지고 있다. 반면, 고분자를 매질로 채택할 경우에는 누액의 염료는 없지만 산화-환원 종의 움직임이 둔화되어 에너지 변환 효율에 나쁜 영향을 줄 수 있다. 따라서 고분자 전해질을 사용할 경우에는 산화-환원 이온 종이 매질 내에서 신속하게 전달 될 수 있도록 설계하는 것이 필요하다. 본 연구는 염료감응 태양전지에서 가장 큰 문제가 되고 있는 고체 전해질의 산화-환원 이온 종이 매질 내에서 신속하게 전달 될 수 있도록 dimethylsulfoxide solvent 에 녹말 일정량을 녹여 Starch-$I_2$ complex 를 시켜주므로, 광 전압{\cdot}{\cdot}$전가 증가되었으며, 전지의 안정성이 향상되었다.
전기로 공정에서 슬래그는 Fe를 약 20 ~ 35 wt.% 함유한 채로 슬래그 포트로 배출되어 냉각되고 있다. 슬래그 배출 전에 환원하여 용강으로 회수한다면 제강회수율을 향상할 수 있으며, 슬래그 배출량을 감소할 수 있다. 일반적으로 전기로 공정에서는 슬래그 포밍과 (FetO)의 환원제로 카본계의 환원제가 활용되고 있다. 본 실험은 Metal을 유도용해로에 용해한 후 슬래그와 환원제로 흑연분탄과 저가의 Al dross powder를 Pellet으로 투입하여 (FetO)의 환원 회수와 복인(復燐)에 대한 영향성을 조사하였다. 실험결과 Al dross에 의한 환원 회수율은 흑연분탄에 비해 2.5배 이상의 효과를 나타내었으며, 복인(復燐)에 대한 영향은 50 ppm 이하로 크지 않은 것으로 나타났다.
요오드의 전기화학적 환원과정을 여러가지 특성을 가진 물아닌 용매 속에서 polarography, chronopotentiometry, cyclic voltammetry, controlled potential coulometry 등의 전기분석적 방법을 이용하여 적하수은전극, 백금, 금 및 백금아말감전극등을 사용하여 상세히 조사하였다. 메탄올, 에탄올, 이소프로판올 및 피리딘과 같은 양쪽성 용매 속에서는 $I_2{\longrightarrow}I^-$의 I단계 환원과정을 거치며 아세톤, 디메틸포름아미드, 메틸에틸케톤, 디메틸술폭시드, 아세토니릴과 같은 반양성자 용매속에서는 $I_2{\longrightarrow}I_3^-{\longrightarrow}I^-$의 2단계 환원과정을 거쳤다. 적하수은전극, 고인 수은전극, 백금, 금 그리고 백금아말감전극등 전극조건을 다르게 하였을 때에도 $^'I_2$의 환원과정은 같았으며 사용한 모든 전극에서 확산지배적이었다. 반양성자용매에 물을 첨가하여 그 영향을 걸토한 결과 물의 첨가량이 약 $50v/v{\%}$ 이상일때 2단계의 환원과정이 1단계의 환원과정으로 줄어들었다. 또 chronopotentiometric data와 Send의 식으로부터 계산한 각 용매 속에서의 요오드의 확산계수는 $D_{I2}^{AN}=5.96{\times}10^{-6}cm^2/sec,\;D_{13-}^{AN}=9.63{\times}10^{-6}cm^2/sec,\;D_{I2}^{MeOH}=5.30{\times}10^{-6}cm^2/sec$이였다. 전기화학적 환원과정의 stoichiometry를 알아 보고저 controlled potential coulometry로 使用하였으며, 얻은 생성물은 은법적정으로 확인 및 정량하였다.
Chalcopyrite 를 대상으로 광미 중에 함유된 Sulfide 물질의 부유선별에 의한 분리회수 과정에서 산화가 부유성에 미치는 영향을 고찰하였다. Zisman Plot에 의해 도출된 Chalcopyrite 의 임계계면장력은 약 15.5 dyne/cm인 것으로 파악되었으며 포수제의 농도가 증가함에 따라 그 값은 감소하여 Chalcopyrite의 부유성이 상승하는 것으로 관찰되었다. 초기 산화에 의한 Chalcopyrite의 부유성 상승은 $S_2^{2-}$의 $S^o$로의 전환에 기인하는 것으로 판단되었으며 형성된 $S^o$가 $S_4^{2-}$ 및 $S_2O_3^{2-}$로 재전환됨에 따라 Chalcopyrite의 부유성은 다시 감소하는 것으로 사료되었다. 산화된 Chalcopyrite의 환원 시 부유성은 상승하는 것으로 나타났으며 산화/환원 과정에서의 임계계면장력의 변화 양상은 원자간 Bond Energy의 변화에 의거한 Energy Diagram으로 해석되었다.
본 연구에서는 요오드이온과 삼요오드이온의 가역적인 산화환원 반응에 의하여 기포를 생성하지 않는 다공성 유리막 전기삼투펌프의 성능 평가에 대한 연구를 수행하였다. 다공성 유리막 전기삼투펌프의 성능은 유량과 전압으로 측정되었다. 전기삼투펌프의 유량과 전압은 적용 전류가 증가할 때 선형적으로 증가하였고, 전압의 경우 일정 시간 후 작동 유체가 산화환원반응을 할 수 있는 용량의 초가로 인하여 급격히 전압이 증가하는 변이 지점이 발생하였다. 변이시간은 전류의 증가에 의하여 단조적으로 감소하였다. 유량을 표면적으로 나눈 표준화된 유량을 이용하여 다공성 유리막과 이전 나피온 막에서의 펌핑 성능을 비교하였고, 다공성 유리막에서 대략 3 배정도 높은 수치를 가졌다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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