4-Chlorobiphebyl(4CB)를 분해한 Pseudomonas sp. DJ-12가 가지고 있는 pcbABCD 유전자를 Escherichia coli에 클로닝한 결과, 재조합 균주인 E. coli CU1과 CU101은 모두 Pseudomonas sp. DJ-12에서와 같이 4CB를 분해하여 2,3-dihydrozybiphenyl(2,3-DHBP)을 생성하는 탈염소화 기능을 보여주었다. 특히 pcbAB를 포함하는 재조합 플라스미드인 pCU101을 가지고 있는 E. coli CU101은 Pserudomonas sp. DJ-12에서와 같이 4CB로부터 4-chlorobenzoic acid를 생성하지 않고 2, 3-DHBP만을 생성하는 탈염소화 기능을 보여주었다. 그러므로 Pseudomonas sp. DJ-12의 염색체 DNA로부터 클로닝한 약 2.2kb의 pcbAB 유전자는 4CB로부터 2,3-DHBP만을 생성하는 탈염소화기능을 가지고 있음이 밝혀졌다.
This study was carried out to improve the photocatalytic reaction of TiO2 photocatalyst. During the photocatalytic reaction, OH radicals are generated and they have an excellent oxidation capability for wastewater treatment. To evaluate the OH radicals generated according to crystallographic structure of TiO2 nanotubes photocatalyst, a probe compound, 4-Chlorobenzoic acid was monitored to evaluate OH radical. Ultraviolet light was applied for photocatalytic reaction of TiO2. The 4-Chlorobenzoic acid solution was prepared at laboratory. TiO2 nanotube was grown on titanium plate by using anodization method. The annealing temperature for TiO2 nanotube was varied from 400 to 900 ℃ and the crystal forms of the TiO2 nanotube was analyzed. Depending on annealing temperature, TiO2 nanotubes have shown different crystal forms; 100% anatase (0 % rutile), 18.4 % rutile (81.6 % anatase), 36.6 % rutile (63.4 % anatase) and 98.6% rutile (1.4% anatase). As the annealing temperature increases, the rutile ratio increases. OH radical generation from 18.4 % rutile TiO2 nanotube plate was about 3.8 times higher than before annealing and 1.4 times higher than only 100 % anatase-TiO2 nanotube. The efficiency of the 18.4% rutile TiO2 nanotube was the best in comparison to TiO2 nanotube with 18.4 %, 36.6 % and 98.6 % rutile. As a result, photocatalytic ability of 18.4 % rutile-TiO2 nanotube plate was higher than 100 % anatase-TiO2 nanotube plate.
본 연구에서는 $TiO_2$ nanotube 광촉매의 고도산화처리능을 비교하기 위해서 OH 라디칼 생성력을 평가하고자 하였다. 자외선 조사에 따른 Probe compound인 4-Chlorobenzoic acid (pCBA)의 농도 감소에 따라 OH radical 생성량을 산정하는 방법으로 광촉매 효율을 평가하였는데, $TiO_2$ nanotube 표면에서의 전자의 흐름을 원활하게 하기 위하여 전기적 에너지를 주었을 시 광촉매 효율의 증가 가능성 또한 확인하고자 자외선 조사 시 전류밀도를 인가하는 방법으로 실험을 진행하였다. 실험에 사용된 $TiO_2$ nanotube는 전극효과를 부여하기 위해 양극산화법으로 티타늄판을 이용하여 제조하였으며, pCBA 용액에는 전도도를 부여하기 위하여 NaCl을 첨가하여 전해질로 사용하였다. 정전류 정전압 조건하에서 자외선조사 실험을 진행하였으며, 전류가 흐르는 광촉매에 자외선 조사 시 OH 라디칼 생성량은 광촉매 없이 자외선만 조사하였을 때에 비해 약 5.6배, $TiO_2$ 광촉매와 함께 자외선을 조사하였을 보다 약 2.2배 증가하였다. 결과적으로 광촉매반응에 전기적 에너지를 부여하였을 시 시너지효과를 가져올 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다.
활성탄의 화학적 흡착 및 오존촉매반응의 작용기를 향상시키기 위해 Fe, Co, Mn 및 Pd 금속들을 활성탄에 담지하여 금속촉매 활성탄을 제조하였다. 고급산화공정의 실험결과에서 페놀 분해속도, 용존 오존 분해율 및 TOC (총유기탄소) 제거율은 Pd-AC > Mn-AC > Co-AC > AC > Fe-AC의 순서로 나타났다. BET 분석에서 금속담지활성탄의 물리적 특성은 오존촉매반응에 영향을 미치지 않았으며, 촉매효과는 담지한 금속의 종류에 따라 상이한 결과를 나타내었다. RCT (생성된 OH radical과 오존의 비율) 값 측정은 OH radical과 쉽게 반응하지만 오존과는 매우 느리게 반응하는 probe compound로 알려진 파라-클로로벤조산(p-chlorobenzoic acid)의 분해결과로부터 구할 수 있었으며, 오존단독 공정은 $5.48{\times}10^{-9}$, 활성탄 공정은 $1.47{\times}10^{-8}$로 측정되었고, Fe-AC, Co-AC, Mn-AC 및 Pd-AC 공정은 각각 $2.13{\times}10^{-9}$, $1.51{\times}10^{-8}$, $4.77{\times}10^{-8}$ 및 $5.58{\times}10^{-8}$로 측정되었다.
수중에 존재할 수 있는 항생제물질 중 cefaclor를 제거하기 위하여 UV/H$_2$O$_2$ 공정을 적용하였다. 기존 회분식반응기의 경우 시료를 채취하면 시료가 감소하여 UV램프와 제거대상물질의 유효접촉면적이 감소하는 것을 보완하기 위해 외부에 혼합조를 설치하여 실험을 실시하였다. UV반응기 내부는 완전혼합을 위해 4개의 baffle을 설치하였으며 광자의 방출을 방지하기 위해 반응조 외부를 알루미늄 호일로 감쌌다. OH radical의 생성은 pCBA(p-Chlorobenzoic acid)를 이용하여 간접적으로 측정하였으며, 의사일차반응식(pseudo-frist order reaction)을 이용하여 반응속도상수를 구하였다. 본 연구의 최적 OH radical 생성조건은 pH 3, 과산화수소 주입량은 5 mmol/L 그리고 펌프순환유량은 400 mL/min로 나타났으며, 반응속도상수는 0.1051 min$^{-1}$이었다. 최적의 OH radical 생성조건에서 cefaclor는 40 min안에 완전히 제거되었으며 반응속도상수는 0.093 min$^{-1}$이었다. 초기 cefaclor의 농도가 낮을 수록 빠르게 제거되었으며, OH radical에 의해 분해되어 중간생성물질(intermediates)인 chloride(Cl$^-$), nitrate(NO$_3{^{2-}}$), sulfite(SO$_4{^{2-}}$) 그리고 acetic acid(CH$_3$COO$^-$) 등의 음이온과 phenylglycine을 생성하였다. 반응시간 6 hr 이후 TOC의 77% 감소, phenylglycine의 소멸 그리고 acetic acid가 감소하는 것으로 보아 cefaclor는 UV/H$_2$O$_2$ 공정에 의해 빠르게 분해될 뿐만 아니라 CO$_2$와 H$_2$O의 형태로 무해화(mineralization)되는 것으로 보인다.
Kim, Ji-Young;Kim, Young-Chang;You, Lim-Jai;Lee, Ki-Sung;Ok, Ka-Jong;Hee, Min-Kyung;Kim, Chi-Kyung
Journal of Microbiology
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제35권1호
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pp.53-60
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1997
Pseudomonas sp. P20 and Pseudomonas sp. DJ-12 isolated from the polluted environment are capable of degrading biphenyl and 4-chlorobiphenyl (4CB) to produce benzoic acid and 4-chlorobenzoic acid (4CBA) respectively, by pcbABCD-encoded enzymes. 4CBA can be further degraded by Pseudomonas sp. DJ-12, but not by Pseudomonas sp P20. However, the meta-cleavage activities of 2, 3-dihydroxybiphenyl (2, 3-DHBP) and 4-chloro-2, 3-DHBP dioxygenases (2, 3-DHBD) encoded by pcbC in Pseudomonas sp. P20 were stronger than Pseudomonas sp. DJ-12. In this study, the pcbC gene encoding 2, 3-DHBD was cloned from the genomic DNA of Pseudomonas sp. P20 by using pKT230. A hybrid plasmid pKK1 was constructed and E. coli KK1 transformant was selected by transforming the pKK1 hybrid plasmid carrying pcbC into E. coli XL1-Blue. By transferring the pKK1 plasmide of E. coli KK1 into Pseudomonas sp. DJ-12 by conjugation, a recombinant strain Pseudomonas sp. P20, Pseudomonas sp. DJ-12, and the recombinant cell assay methods. Pseudomonas sp. DJ12-C readily degraded 4CB and 2, 3-DHBP to produce 2-hydroxy-6-oxo-6-phenylhexa-2, 4-dienoic acid (HOPDA), and the resulting 4CBA and benzoic acid were continuously catabolized. Pseudomonas sp. DJ12-C degraded 1 mM 4CB completely after incubation for 20 h, but Pseudomonas sp. P20 and Pseudomonas sp. DJ-12 showed only 90% and Pseudomonas sp. DJ-12 had, but its degradation activity to 2, 3-DHBP, 3-methylcatechol, and catechol was improved.
4-클로로벤조산의 가용화현상을 이용하여 순수양이온성 계면활성제(DTAB, TTAB, CTAB), 비이온성 계면활성제(Tween-20, Tween-40, Tween-80) 및 이들 혼합계면활성제(TTAB/Tween-20, TTAB/Tween-40, TTAB/Tween-80)의 임계미셀농도(CMC)값과 반대이온 결합상수값(B)를 온도 284 K에서 312 K까지 변화를 주면서 UV/Vis 분광광도법과 전도도법으로 측정하였다. 온도에 따른 CMC와 B값의 변화를 측정하여 미셀화현상에 대한 여러 가지 열역학 함수값(${\Delta}G^o{_m}$, ${\Delta}H^o{_m}$, 및 ${\Delta}S^o{_m}$)을 계산하고 분석 하였다. 그 결과 측정범위 내에서 ${\Delta}G^o{_m}$값은 모두 음의 값을 나타내었다. 그러나 ${\Delta}H^o{_m}$과 ${\Delta}S^o{_m}$값은 계면활성제의 종류와 계면활성제분자에서 탄소사슬의 길이에 따라 양의 값 혹은 음의 값을 나타내었다.
Pseudomonas sp. P20 was a bacterial isolate which has the ability to degrade 4-chlorobi- phenyl(4CB) to 4-chlorobenzoic acid via the process of meta-cleavage. The recombinant plasmid pCK1 was constructed by insetting the 14-kb EcoRI fragment of the chromosomal DNA containing the 4CB-degrading genes into the vector pBluescript SK(+). Subsequently, E. coli XL1-Blue was transformed with the hybrid plasmid producing the recombinant E. coli CK1. The recombinant cells degraded 4CB and 2,3-dihydroxybiphenyl(2,3-DHBP) by the pcbAB and pcbCD gene products, respectively. The pcbC gene was expressed most abundantly at the late exponential phase in E. coli CK1 as well as in Pseudomonas sp. P20, and the level of the pcbC gene product, 2,3-DHBP dioxygenase, expressed in E. coli CK1 was about two-times higher than in Pseudomonas sp. P20. The activities of 2,3-DHBP dioxygenase on catechol and 3-methylcatechol were about 26 to 31% of its activity on 2,3-DHBP, but the enzyme did not reveal any activities on 4-methylcatechol and 4-chlorocatechol.
$25^{\circ}C$, 4-클로로벤조산의 묽은 수용액(0.5 mM)에서 양이온성 계면활성제인 TTAB(tetradecyltrimethylammonium bromide)와 다른 종류의 계면활성제들(DTAB, CTAB, Tween-20, Tween-40 및 Tween-80)과의 혼합미셀화 현상을 분광광도법과 전도도법으로 조사하였다. 각 혼합계면활성제에서 TTAB의 겉보기몰분율(${\alpha}_1$)의 변화에 따른 임계미셀농도값(CMC)과 반대이온결합상수값(B)의 변화를 측정하여 비이상적 혼합미셀모델을 적용함으로써 여러 가지 열역학적 함수값들($X_i$, ${\gamma}_i$, $C_i$, ${\alpha}_i^M$, ${\beta}$ 및 ${\Delta}H_{mix}$)을 계산하고 비교분석하였다. 그 결과, TTAB/DTAB 혼합시스템은 이상적 혼합미셀화로 부터 큰 양의 벗어남을 보였으며, 다른 혼합시스템들은 모두 이상적 미셀모델로부터 큰 음의 벗어남을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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