쌀을 주식으로 하는 우리나라의 여건상 연간 추정치로 싸라기 약 12만톤, 미강 약 49만톤, 왕겨 약 79만톤의 벼 도정 부산물이 발생하고 있다. 본 연구에서는 벼 도정 부산물 중 비식량 자원인 왕겨를 대상으로 고효율 효소 당화를 위한 바이오매스 전처리 방법을 탐색하였다. 왕겨 원시료의 초기 조성은 셀룰로스 34.5%, 헤미셀룰로스 20.5%, 리그닌 25.3%, 회분 14.6%로 나타났는데, 억새 등 초본계 바이오매스와 비교하여 특이하게 높은 성분은 회분으로 이는 벼에 대한 규산질 비료의 시용에서 기인한 것이다. 바이오매스 전처리에 많이 사용되는 암모니아, 희황산 용매와 규산염에 침식성을 가지는 가성소다 용매를 이용하여 각 용매별 단독 및 알칼리-산 복합 처리 하였을 때 효소 가수분해 효율, 고상시료 성분변화 등을 상호 비교하였다. 예비실험을 통하여 암모니아 처리조건은 15%(w/w) $150^{\circ}C$ 20분, 가성소다 처리조건은 1.5%(w/w) $150^{\circ}C$ 20분, 희황산 처리조건은 1.0%(w/w) $150^{\circ}C$ 10분으로 설정하였다. 암모니아 단독, 희황산 단독, 암모니아-희황산 복합 처리 시료의 효소 가수분해 효율은 각각 37.8%, 39.1%, 42.8%로 약 40%선에서 큰 차이가 없었다. 반면 가성소다 단독, 가성소다-희황산 복합 처리시료의 효소 가수분해 효율은 각각 62.7%, 82.8%로 나타나 앞선 3가지 처리방법 대비 50%, 100%에 가까운 효소 가수분해 효율 향상을 보였다. 이 때 전처리 고상시료의 성분 변화를 살펴보면 회분 함량에서 큰 차이를 보였는데 암모니아 단독, 가성소다 단독, 희황산 단독, 암모니아-희황산 복합, 가성소다-희황산 복합 처리에서 각각 47.8%, 77.1%, 43.5%, 55.8%, 94.7%의 회분 성분 기각률(rejection rate)을 나타냈다. 이는 왕겨 효소 가수분해 효율의 최대 저해요인이 회분임을 추정할 수 있다. 왕겨 전처리 알칼리 용매는 암모니아보다 가성소다가 더 효과적이었고 희황산 복합 처리시 그 효과가 크게 상승하였다. 따라서 규산염(회분) 함량이 높은 바이오매스는 고온 고압 조건에서 가성소다 용액으로 처리한 후 그 고상분을 희황산 용액으로 복합 처리하는 시스템이 효소 당화 증진에 매우 유리함을 확인하였다.
콘드로이틴황산은 생물체내의 결합조직에 널리 분포되어 있으며 뮤코다당류의 일종으로 생체내에서는 단백질과 결합하여 chondromucoprotein으로 존재한다. 또한, 황산기의 결합위치에 따라 A, B, C, D, E, K의 6종류가 보고되어져 있으며, 이 중 연골에는 A와 C가, 피부에는 B가 함유되어져 있다. 콘드로이틴황산은 퇴행성관절염 예방 및 치료와 노화방지, 항종양등의 기능성이 밝혀져 식품첨가물 및 의약품으로써 이용되고 있다. (중략)
비식량 농업부산물인 왕겨로부터 에탄올 생산을 위한 효율적인 바이오매스 전처리 방법을 탐색하였다. 고온 고압 조건의 회분식 반응기에서 알칼리 용매는 암모니아와 가성소다, 산 용매는 희황산을 사용하였다. 가성소다 용액 처리 후 희황산 용액으로 복합처리한 시료의 효소 당화효율이 82.8%로 가장 높게 나타났고 이때 약 94.7%의 회분 성분 제거율을 보였다. 전처리 왕겨 시료의 효소 당화효율과 회분 성분 제거율 추세가 거의 비슷하게 나타나 왕겨의 효소당화 최대 저해요인이 회분(규산염) 성분임을 알 수 있었다. 따라서 규산염 함량이 높은 바이오매스는 고온 고압 조건하에서 가성소다-희황산 복합 처리법을 적용하는 것이 효소 당화효율 증진에 매우 유리함을 확인하였다.
$TiCl_4-HCl$ 혼합용액으로부터 침전법으로 $TiO_2$를 만들고 이를 황산으로 개질하여 $TiO_2/SO_4{^{2-}}$ 촉매를 제조하였으며 제조된 촉매의 특성을 IR, XPS, XRD 및 DT-TGA로 조사하였다. 개질된 촉매의 산의 세기는 적어도 $H_0{\leq}-14.52$로 초강산 성질을 나타내었으며 이 성질은 $TiO_2$와 황산이온에 의하여 형성된 착물의 S=O 결합성질에 기인하였다. $TiO_2/SO_4{^{2-}}$의 IR spectra를 조사한 결과 황산이온은 $TiO_2$ 표면에 2자리 ligand로 배위하였다. $TiO_2/SO_4{^{2-}}$는 황산으로 개질하지 아니한 순수한 $TiO_2$에 비하여 표면적이 상당히 컸으며 또한 무정형에서 anatase상으로 되는 전이온도도 높았다.
Pretreatment of cellulosic biomass is necessary before enzymatic saccharification and fermentation. The objective of this study was to evaluate the effect of combined aqueous ammonia-dilute sulfuric acid treatment on cellulosic biomass. Miscanthus was pretreated using aqueous ammonia and dilute sulfuric acid solution under high temperature and pressure conditions to be converted into bioethanol. Aqueous ammonia treatment was performed with 15 %(w/w) ammonia solution at $150^{\circ}C$ of reaction temperature and 20 minutes of reaction time. And then, dilute sulfuric acid treatment was performed with 1.0 %(w/w) sulfuric acid solution at $150^{\circ}C$ of reaction temperature and 10 minutes of reaction time. The compositional variations of this combined aqueous ammonia-dilute sulfuric acid treatment resulted in 68.0 % of cellulose recovery and 95.7 % of hemicellulose, 81.3 % of lignin, 89.1 % of ash removal respectively. The enzymatic digestibility of 90.5 % was recorded in the combined pretreated Miscanthus sample and it was 14.7 times higher than the untreated sample. The ethanol yield in the Simultaneous Saccharification and Fermentation was 90.4 % of maximum theoretical yield based on cellulose content of the combined pretreated sample and it was about 98 % compared to the ${\alpha}$-cellulose ethanol yield.
국내에 자연 방치된 폐광산에 대한 문제가 대두되면서 폐광산 주변지역에 대한 산성광산폐수와 중금속 광산폐기물의 오염실태조사가 활발히 진행되고 있다. 본 연구는 폐광산의 유출수와 광산폐기물에 주변 오염지하수 내의 중금속 As, Cd, Pb, Fe, Mn, Zn, Cu에 대하여 무기 응집제의 첨가와 pH의 조절에 의한 제거효율을 .실내 배치실험을 통하여 규명하였다. 본 실험을 통하여 황산알루미늄(Al$_2$(SO$_4$)$_3$ㆍ13~14$H_2O$), 염화 제2철(FeCl$_3$ㆍ6$H_2O$), 황산 제2철(Fe$_2$(SO$_4$)$_3$ㆍ n$H_2O$)을 이용하여 오염수내 중금속을 90%이상 제거할 수 있었으며, 폐광산 침출수나 오염 지하수의 중금속 제거에 0.1 wt%의 응집제 첨가만으로 응집제를 이용한 화학적 처리 방법이 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 판단되었다.
본 연구에서는 대기오염물질인 유해 황산화물 가스를 이산화티탄 촉매 반응기와 연면 방전 반응기를 조합한 반응기에서 플라즈마 방전반응에 의하여 주파수 변화, 체류시간, 전극의 굵기, 첨가 모의가스 등의 공정 변수를 변화 시켜 분해제거 실험을 하였다. 실험 결과 황산화물의 분해제거 실험에서 주파수 10kHz에서 소비전력 19W에서 분해제거율은 99%이었으며 이산화티탄 촉매반응기를 부착한 경우가 없는 경우보다 5%이상 증가효과가 이었다. 첨가가스로 메탄을 첨가한 경우 분해제거율이 증가하였고, 산소농도가 높아질수록 증가하였다 또한 이산화 탄소를 첨가한 경우 분해율은 감소하였다.
우렁쉥이 (Halocynthia roretzi)의 껍질에서 최근 다양한 생리적 기능이 알려진 황산화다당를 분리하여 화학성 분과 조성 당을 분석하였으며 , 기능성을 살펴보았다. 황산화다당의 황산기함량은 $2.3\%$, 황산콘드로이틴은 $25.7\%$, 그리고 uronic acid의 함량은 $5.6\%$였다. 조성당 분석결과, 5탄당으로는 arabinose $0.7\%$와 xylose가 $0.4\%$였고, 6탄당으로는 glucose가 $1.5\%$였으나. 특이하게 galactose의 함량이 $60\%$이상 검출되었다. 한편, hexosamine으로는 N-acety1gucosamine이 $9.4\%$ 및 N-acetylgalactosarnine이 $14.8\%$ 검출되었으며, uronic acid로는 D-glucuronic acid가 $10.8\%$ 검출되었다. 지방흡수력은 대조구인 chitin과 chitosan에 비하여 다소 떨어졌으며, 추출한 황산화다당의 지방흡수력은 대략 $280\%$ 정도였다. 한편 포말성 및 포말안정성은 각각 0.70 과 0.50으로 비교적 우수하였다. 유화능 및 유화안정성은 $49.2\%$와 $48.3\%$ 정도였으며, 황산화다당의 항혈액응고능은 APTT가 65초로 저지효과가 인정되었으나, PT저지효과는 없었다. ACE저해능의 측정 결과. 약간의 ACE저해효과가 있었으며, 채택된 실험방법에 따라 동일시료의 경우에 있어서도 저해효과 값이 차이가 있었다.
과망간산칼륨 ($KMnO_4$), 안정화이산화염소 ($S-ClO_2$, 3% 수용액), 포르말린 (37% formaldehyde), 황산동 ($CuSO_4$)을 이용하여 넙치 적혈구의 cell damage에 미치는 효과를 알아보고자 in vitro 용혈작용과 methemoglobin (MetHb) 생성을 조사하였다. 실험의 농도는 과망간산칼륨 2-250 ppm, 안정화이산화염소 3.13-400 ppm, 포르말린 31.3-2,000 ppm, 황산동 0.04-5 ppm 이었다. 과망간산칼륨은 31.3-250 ppm, 황산동은 0.63 -5 ppm에서 현저한 용혈작용을 나타내었으나 이와는 반대로 MetHb 생성은 전혀 없었다. 따라서 과망간산칼륨과 황산동은 넙치 적혈구에 대한 cell damage system이 매우 유사한 것으로 생각되었다. 안정화이산화염소의 경우, 용혈작용은 25 ppm 이상의 농도에서 그리고 MetHb 생성은 6.25 ppm 이상의 농도에서 높게 증가하였다. 본 실험에서 유일하게 용혈작용과 MetHb 생성을 양쪽 다 현저하게 나타내었다. 포르말린은 2,000 ppm의 고농도에서도 용혈작용은 없었으며, MetHb 생성은 250-2,000 ppm에서 완만하게 증가하였다. 따라서 안정화이산화염소와 포르말린은 넙치 적혈구에 대하여 과망간산칼륨 및 황산동과는 또 다른 cell damage system을 가지고 있는 것으로 나타났다.
우렁쉥이 껍질에서 분리한 황산다당을 부분정제하여 몇 가지 화학조성과 전기영동을 하였다. 추출된 황산다당의 화학적 조성은 sulfate, uronic acid, protein, chondroitin sulfate, amino sugar, hexosamine 등으로 이루어져 있었다. 전기영동결과 autoclave 처리에 의해 추출된 조다당류는 폭넓은 단일 band를 나타내었으나, neutrase 처리구는 세 개의 band로 구분되었다. Autocalve 처리구의 분자량은 약 40,000 정도로 추정되며, neutrase 처리구의 경우 고분자 band는 100,000 이상, 두 개의 저분자 band 중 하나는 약 22,000 정도, 또 하나의 band는 약 5,000 정도인 것으로 추정되었다. 이온교환수지 및 겔 여과하여 얻은 전당획분의 화학적 조성은 부분정제 전과 거의 유사하였다. Sephadex G-25로 gel 여과한 시료의 조성당은 arabinose, xylose 및 glucose는 흔적량 정도이었으나 galactose는 $71.4\%$로 대부분을 차지하였고, N-acetylgalactosamine 함량이 $14.5\%$ 정도이었고, D-glucuronic acid가 $6.3\%$ 정도 검출되었다. Sephadex G-100과 G-100-25로 정제한 당의 전기영 동 패턴은 거의 유사하게 단일 band의 양상이나 G-25 처리구가 다소 좁은 band를 나타내었다. 부분정제한 황산다당과 표준품인 chondroitin sulfates의 FT-IR spectrometer 분석 결과, 거의 유사한 결과를 나타내었다. 황산기나 에스테르 등 몇몇 중요한 원자단의 신축 진동수가 IR spectrum의 지문영역 ($500\sim700cm^{-1}$$)에서 나타났다. 황산기 중의 S=O 신축진동이 $1,240cm^{-1}$에서, C-O-S신축진동의 경우 수평향배는 $820cm^{-1}$에서 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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