Kim, Woohyun;Eom, Moon-Ho;Lee, Sang-Hyun;Choi, Jin-Dal-Rae;Park, Sunwon
Korean Chemical Engineering Research
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v.51
no.2
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pp.226-232
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2013
To produce biobutanol, fermentation processes using clostridia that mainly produce acetone, butanol and ethanol are used. In this work, a dynamic model describing the metabolic reactions in an acetone-butanol-ethanol (ABE)-producing clostridium, Clostridium acetobutylicum ATCC824, was proposed. To estimate the 58 kinetic parameters of the metabolic network model with experimental data obtained from a batch fermentor, we used an efficient optimization method combining a genetic algorithm and the Levenberg-Marquardt method because of the complexity of the metabolism of the clostridium. For the verification of the determined parameters, the developed metabolic model was evaluated by experiments where genetically modified clostridium was used and the initial concentration of glucose was changed. Consequently, we found that the developed kinetic model for the metabolic network was considered to describe the dynamic metabolic state of the clostridium sufficiently. Thus, this dynamic model for the metabolic reactions will contribute to designing the clostridium as well as the fermentor for higher productivity.
Journal of the Korean Society of Groundwater Environment
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v.5
no.1
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pp.37-43
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1998
Batch experiments were conducted to study the dissolution behavior of gasoline components. First, the dissolution kinetics of gasoline components and the applicability of Raoult's law in predicting their solubilities were investigated. In addition, the effects of compositional change of gasoline due to evaporization on the solubilities of individual components and TPH were determined. The kinetics of gasoline-water man transfer was found to be very similar for most components except for MTBE, which is a major additive for commercial gasoline. At equilibrium, the gasoline-water partitioning coefficients of individual components showed a log-linear relationship with their pure solubilities, though the slope was a little less than that predicted by Raoult's law. The concentrations of the individual components in the gasolines concentrated by volatilization could be characterized by the initial increase followed by substantial decrease. Almost the same behavior was observed for their solubilities. The total solubility (TPH) of gasoline decreased rapidly with the initial volume reduction and gradually decreased afterwards. The solubilities of BTEX, the major regulatory compounds, decreased even faster than the TPH solubilities. It was concluded that the compositional change of gasoline by volatilization may greatly affect their leaching potential and the toxicity of the contacting groundwater. The toxicity reduction efficiency by evaporating gasoline could be much more than the mass removal efficiency.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.38
no.10
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pp.543-550
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2016
Amine-type PP-g-VBC-EDA adsorbent, which possesses anionic exchangeable function, was prepared through photoinduced graft polymerization of vinylbenzyl chloride (VBC) onto polypropylene non-woven fabric and subsequent amination reaction using ethylenediamine (EDA). Adsorption characteristics of anionic nutrients on the PP-g-VBC-EDA adsorbent have been studied by batch adsorption experiments. The equilibrium data well fitted the Langmuir isotherm model, and the maximum monolayer sorption capacity was found to be 59.9 mg/g for $NO_3-N$ and 111.4 mg/g for $PO_4-P$. The adsorption energies were higher than 8 kJ/mol indicating anion-exchange process as the primary adsorption mechanism. The pseudo-second order kinetic model described well the kinetic data and resulted in the activation energy of 9.8-36.7 kJ/mol suggesting that the overall rates of $NO_3-N$ and $PO_4-P$ adsorption are controlled by the chemical process. Thermodynamic parameters such as ${\Delta}G^o$, ${\Delta}H^o$ and ${\Delta}S^o$ indicated that the adsorption nature of PP-g-VBC-EDA for anionic nutrients is spontaneous and exothermic. The PP-g-VBC-EDA could be regenerated by washing with 0.1 N HCl.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.32
no.7
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pp.714-721
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2010
This research was undertaken to evaluate the feasibility of lanthanum hydroxide for fluoride removal from aqueous solutions. A batch sorption experiments were conducted to study the influence of various factors such as pH, contact time, initial fluoride concentration and temperature on the sorption of fluoride on lanthanum hydroxide. The optimum fluoride removal was observed in the $pH_{eq}{\leq}8.8$. Sorption equilibrium of fluoride on lanthanum hydroxide was better described by the Freundlish isotherm model than by the Langmuir isotherm model. The adsorption energy obtained from D-R model was 9.21 kJ/mol indicating an ion-exchange process as primary adsorption mechanism. The pseudo-second-order kinetic model described well the experimental kinetic data. Thermodynamic parameters such as ${\Delta}Go^{\circ}$, ${\Delta}H^{\circ}$ and ${\Delta}S^{\circ}$ indicated that the nature of fluoride sorption is spontaneous and endothermic. The used lanthanum hydroxide could be regenerated by washing with NaOH solution. Also, the results applied to real ground water indicate that fluoride selectivity and removal capacity of lanthanum hydroxide were superior to those of PA anion-exchange resin.
Sorption kinetics of hydrophobic organic compounds (chlorobenzene and phenanthrene) in natural wetland soils was investigated using laboratory batch adsorbers. One -site mass transfer model (OSMTM) and two compartment first-order kinetic model (TCFOKM) were used to analyze sorption kinetics. Analysis of OSMTM reveals that apparent sorption equilibria were obtained within 10 to 75 hours for chlorobenzene and 2 hours for phenanthrene, respectively. For chlorobenzene, the sorption equilibrium time for surface soil was longer than that of deeper soil presumably due to physico-chemical differences between the soils. For phenanthrene, however, no difference in sorption equilibrium time was observed between the soils. As expected from the number of model parameters involved, the three-parameter TCFOKM was better than the two-parameter OSMTM in describing sorption kinetics, The fraction of fast sorption ($f_1$) and the first-order sorption rate constants for fast ($k_1$)and slow ($k_2$) compartments were determined by fitting experimental data to the TCFOKM. The results of TCFOKM analysis indicate that the sorption rate constant in the fast compartment($k_1$) was much greater than that of slow fraction($k_2$) . The fraction of the fast sorption ($f_1$) and the sorption rate constant in the fast compartment($k_1$) were increasing in the order of increasing $k_{ow}$, phenanthrene > chlorobenzene. The first-order sorption rate constants in the fast ($k_1$) and slow ($k_2$) compartments were found to vary from $10^{-0.1}\;to\;-10^{1.0}$ and from $10^{-4}\;to-10^{-2}$, respectively.
Zerovalent iron (ZVI) has been widely used in the removal of environmental contaminants from water. The objective of this research was to assess the efficiency of ZVI for immobilization of As (V) in the contaminated water under various chemical conditions. Batch-type experiments showed that the immobilization process followed a first-order kinetic model. Rate constant (k) of the reaction increased consistently and proportionally as increasing ZVI concentrations from 1% (0.158 $hr^{-1}$) to 3% (0.342 $hr^{-1}$), and temperatures from $15^{\circ}C$ (0.117 $hr^{-1}$) to $35^{\circ}C$ (0.246 $hr^{-1}$), respectively. Whereas the rate constant decreased as increasing As (V) concentrations from 1 mg $\Gamma^{-1}$ (0.284 $hr^{-1}$) to 3 mg $\Gamma^{-1}$ (0.153 $hr^{-1}$), and the initial pH from 3 (0.393 $hr^{-1}$) to 9 (0.067 $hr^{-1}$), respectively. Results demonstrated that As (V) in an aqueous solution was rapidly immobilized by ZVI treatments. Zerovalent iron was fast method for remediation of As (V) contaminated water.
In this study, we investigated the adsorption characteristics of methyl orange (MO), an anionic dye, on ginkgo shell-based activated carbon (AC). For this purpose, ACs (GS-1, GS-2, and GS-4) with different textural properties were prepared using ginkgo shells and potassium hydroxide (KOH), a representative chemical activating agent. The correlation between the textural characteristics of AC prepared and the mixing ratio of KOH was investigated using nitrogen adsorption/desorption isotherms. The MO adsorption equilibrium experiment on the prepared ACs was conducted under different pH (pH 3~11) and temperature (298~318 K) conditions, and the results were investigated by Langmuir, Freundlich, Sips and temperature-dependent Sips equations. The feasibility of the MO adsorption treatment process of the prepared AC was also investigated using the dimensionless Langmuir separation factor. The heterogeneous adsorption properties of MO for the prepared AC examined using the adsorption energy distribution function (AED) were closely related to the system temperature and textural characteristics of AC. The kinetic results of the batch adsorption performed at different temperatures can be satisfactorily explained by the homogeneous surface diffusion model (HSDM), which takes into account the external mass transfer, intraparticle diffusion, and active site adsorption. The relationship between the activation energy value obtained by the Arrhenius plot and the adsorption energy distribution function value was also investigated. In addition, the adsorption process mechanism of MO on the prepared AC was evaluated using Biot number.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.29
no.7
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pp.778-782
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2007
This study investigated the dechlorination mechanisms of TCE by Fe(II) associated with cement. Batch slurry experiments were peformed to investigate the behaviors of selected ions; Fe(II), Fe(III), $Ca^{2+}$, $SO_4^{2-}$ in cement/Fe(II) system. The kinetic experiments of TCE in cement/Fe(II) systems showed that injected Fe(II) was mostly sorbed on cement within 0.5 day and 90% of injected 200 mM sulfate was sorbed on cement within 0.5 day when $[TCE]_0$ = 0.25 mM and $[Fe(II)]_0$ = 200 mM. The kinetic experiments of TCE in hematite/CaO/Fe((II) systems were conducted for simulation of cement/Fe(II) system. Calcium oxide that is one of the major components in cement hydration reactions or has a reactivity in limited conditions. Hematite assumed the ferric iron oxide component of cement. The reactivities observed in hematite/CaO/Fe(II) system were comparable to those reported for cement/Fe(II) systems containing similar molar amounts of Fe(II). The behavior of Fe(II) and $SO_4^{2-}$ sorbed on solid phase at an early stage of reaction in hematite/CaO/Fe(II) system was similar to that of cement/Fe(II) system. Ferric ion was released from hematite at an early period of reaction at low pH. The experimental evidence of kinetic test using hematite/CaO/Fe(II) system implies that the reactive reductant is a mixed-valent Fe(II)-Fe(III) mineral, which may be similar to green rust. Fe(II) sorbed on cement can be converted to new mineral phase having a reactivity such as Fe(II)-Fe(III) (hydr)oxides in cement/Fe(II) systems.
Trichloroethylene(TCE), Cr(VI), and nitrate removal efficiency of a novel reactive barrier were experimented, and the types of corrosion species that form on the surface of the iron and bentonite as a result of reaction were investigated with Raman spectrophotometer. The reactive barrier is composed of bentonite and zero valent iron(ZVI), and this can substitute conventional geosynthetic clay liners for landfill leachate. Tests were performed in batch reactors for various ZVI content (0, 3, 6, 10, 13, 16, 20, 30, 100 w/w %) and pH. The reduction rates and removal efficiencies of TCE, Cr(VI) and nitrate increase at pH 7 buffered solution. As ZVI content increases, TCE, Cr(VI) and nitrate removal efficiencies increase. From the result of analysis with Raman spectrophotometer, Fe-oxides were observed, which are strong adsorbers of cantaminants. Magnetite can be also beneficial to the long term performance of the iron metal.
A structured kinetic model is proposed to describe cell growth and secondary metabolite, flavone glycosides, synthesis in batch suspension culture of Scutellaria baicalensis G. The model has been developed by representing the physiological state of cell described as the activity and viability which can be estimated based on the culture fluorescence. In the model, three type of cells are considered; active-viable, nonactive-viable and dead cells. Viable cell weight could be determined based on the relative fluorescence intensity. The flavone glycosides could be produced by both active-viable and non-active viable cells with a different production rate. And the model includes the cell expansion due to glucose concentration and death phase which accounts for the release of intracellular secondary metabolite into medium. Dependent variables include substrate concentration(glucose), cell mass(dry cell weight and fresh cell weight), product concentration(flavone glycosides), activity and viability. Satisfactory agreement between the model and experimental data is obtained from shake flask culture of Scutellaria baicalensis G. The proposed model can predict the cell growth and flavone glycosides synthesis as well as intermediate materials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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