• Ecology and Resilient Infrastructure
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• 제10권3호
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• pp.64-72
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• 2023

𝛽-glucan은 바이오폴리머 (biopolymer)의 한 종류로 식품 및 의약품 산업에 이용되고 있으며, 최근 친환경신소재로서 제방강화에 이용되거나 토양에 배합하여 식생을 보호하는 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 바이오폴리머 중 𝛽-glucan의 토양혼합 유무와 가뭄처리에 따른 괴근작물 고구마 (Ipomoea batatas L., 품종명 소담미)의 표현형, 생장, 그리고 주요 단백질의 발현 및 활성 변화를 분석하였다. 가뭄 스트레스 하에서 𝛽-glucan 토양혼합에 따른 고구마의 엽장 및 엽폭의 생장, 그리고 전해질유출도에서 큰 차이가 나타나지 않았으나. 상대수분함량은 통계적으로 유의성을 보여주었다. 가뭄스트레스 내성에 관여된 주요 원형질막 (plasma membrane, PM) 단백질의 발현과 활성을 분석하였을 때, 1차 능동수송체 PM H⁺-ATPase은 𝛽-glucan 토양혼합 조건과 가뭄스트레스에 하에서 상대적으로 높은 발현과 활성을 유지하였으나, 수분수송단백질 아쿠아포린 plasma membrane intrinsic protein 2 (PIP2)은 𝛽-glucan 토양혼합 조건과 가뭄스트레스에 의해 원형질막에서의 분포가 감소하였다. 이 결과는 𝛽-glucan의 토양혼합이 가뭄스트레스 하에서 토양수분 보유력을 향상시켜 고구마의 가뭄 스트레스와 관련된 원형질막 단백질들이 내성에 유리하게 발현됨을 보여준다. 결론적으로 이 연구는 바이오폴리머를 활용한 토양생태를 조절하는 기술로써 가뭄에 따른 식생의 생장 및 피해를 판단하는데 유효할 것이라 판단된다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제26권4호
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• pp.323-330
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• 1998

호알카리성 Bacillus firmus var. alkalophilus가 생산하는 cyclodextrin glucanotransferase(CGTase)를 호화시킨 팽윤감자전분을 이용한 흡착 및 탈착, 한외여과, DEAE-cellulose 이온교환 크로마토그래피, 그리고 Sephacryl HR-100을 이용한 gel filtration 등의 분리정제 과정을 통하여 정제하였다. 정제된 CGTase의 분자량은 약 77,000 Da이었으며, 등전점은 6.2～6.3이었다. 최적 효소반응 온도 및 pH는 각각 5$0^{\circ}C$ 와 6.0 였고, 열 및 pH 안정성은 5$0^{\circ}C$까지와 pH 6.0~9.5 사이였다, 정제된 CGTase는 $Ca^{2+}$ 에 의하여 열 안정성이 크게 상당히 향상되었으며 최적 효소반응 온도와 열 안정성도 55~6$0^{\circ}C$와 6$0^{\circ}C$로 증가하였다. CGTase의 기질 특이성을 검토한 결과 여러 종류의 전분들로부터 $\beta$-CD를 주로 생성하였으며, ${\gamma}$-CD도 소량 생성하였으나 $\alpha$-CD는 거의 생성되지 않았다. Sweet potato starch, corn starch, 그리고 amylopectin을 기질로 할 때 높은 CD전환율을 보였으며 $\beta$-CD와 ${\gamma}$-CB의 생성비가 5.8~8.4:1로서 $\beta$-CD를 고 수율로 생산하는 전형적인 $\beta$-type의 CGTase였다. 또한 본 효소의 최적 CD 생산조건은 기질농도 5.0%(w/v) corn starch, 효소첨가량 25 unit/g of starch로서 반응 8시간 후의 전체 CD량도 약 25 g/l로서 전환율은 50%였고, 이 때 $\beta$-CD농도는 21 g/l로서 전체 CD 중 84% 였다.

• 자원환경지질
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• 제56권6호
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• pp.781-797
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• 2023

최근 들어 첨단산업에 활용되는 핵심광물의 확보를 위한 광물수요국들의 대응이 빠르게 진행되고 있다. 흑연은 중국 생산량이 압도적 우위에 있지만, EV 배터리 부문의 기하급수적인 성장에 따라 글로벌 공급에서 변화가 초래되고 있으며, 동 아프리카에서의 활발한 탐사가 좋은 사례이다. 우리나라에서도 생산이 증가되고 있다. 희토류는 첨단산업에 폭넓게 사용되고 있는 핵심원료이다. 세계적으로 희토류를 생산하는 광상은 카보너타이트형, 라테라이트형 및 이온흡착형 광상이 개발 중에 있다. 중국의 생산이 다소 감소되는 추세이지만 여전히 압도적인 우위를 점하고 있다. 최근 수년간의 변화는 미얀마의 급부상과 베트남의 생산 증가이다. 니켈은 다양한 화학 및 금속 산업에 사용되어 온 금속이지만 최근 밧데리 비중이 점차 증가되고 있는 추세이다. 세계 니켈 광상은 초염기성암에서 유래된 유화형 광상과 라테라이트형 광상으로 크게 구분된다. 유화형 광상은 호주에서 개발이 지속적으로 증가 할 것으로 예측되며, 라테라이트형 광상은 인도네시아에서의 개발이 촉진 될 것으로 보인다. 리튬이온 배터리 수요에 따라 니켈 시장도 견인될 것으로 전망된다. 세계 리튬 광상은 염호형(78%)과 암석/광물형(스포듀민 19%), 점토형(3%)이 생산되고 있다. 암석형 광상이 염호형 광상보다 품위가 다소 높지만 매장량이 적고 페그마타이트에 함유된 스포듀민 리튬광물이 대상이다. 칠레, 아르헨티나, 미국에서는 염호형 광상을 주로 개발하고 있으며, 호주와 중국에서는 염호 및 암석/광물 두 근원으로부터 리튬을 추출하고 있고 캐나다에서는 암석/광물로부터만 생산한다. 바나듐은 전통적으로 강철 합금에 약 90% 이용되어 왔으나 최근 대규모 전력 저장을 위한 바나듐 레독스 흐름배터리 용도가 증가 추세에 있다. 세계 바나듐 공급원은 광산에서 생산하는 바나듐을 함유한 철광석(81%)과 부산물에서 회수하는 바나듐(2차 근원, 18%)으로 양대분 된다. 81%를 차지하는 바나듐-철광석 근원은 제강공정에서 유래된 바나듐 슬래그가 70%를 차지하고 광산에서 생산하는 1차 근원인 광석은 30%에 불가하다. 이러한 공급원으로부터 중간재인 바나듐 산화물이 제조된다. 바나듐 광상은 함바나듐 티탄자철석형 광상, 사암 모암형 광상, 셰일 모암형 광상과 바나듐산염형 광상으로 구분되는데 함바나듐 티탄자철석형 광상만이 현재 개발되고 있다.

• 한국토양비료학회지
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• 제23권1호
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• pp.8-14
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• 1990

토양수분함량(土壤水分含量)이 다른 조건(條件)에서 물이 이동(移動)할 때 동반(同伴)되는 용질(溶質)의 이동특성(移動特性)을 결정(決定)하는 지연계수(遲延係數)와 수리동적(水理動的) 분산계수(分散係數)를 수학적(數學的)으로 해석(解析)하고 일차원수평계(一次元水平系)의 사양토(砂壤土)에서 실험적(實驗的)으로 측정(測定)하였다. 용적밀도(容積密度)를 $1,350{\pm}50kg/m^3$인 사양토(砂壤土) 토양(土壤)에 수평(水平)으로 침투(浸透)되는 0.05% $CaSO_4$ 용액(溶液)의 수분전진(水分前進)을 Boltzman transform으로 나타내고 이를 표준(標準)으로 하였을 때 0.5% KCl, $CaCl_2$ 및 $KH_2PO_4$ 용액(溶液)의 용질전진(溶質前進)을 비농도(比濃度)로 표시(表示)하여 비교(比較)하였다. 용질농도(溶質濃度)의 분포(分布)와 수분분포(水分分布)로 부터 Laryea법(法)에 의하여 수리동적(水理動的) 분산계수(分散係數)를 계산(計算)하였다. 토양(土壤)-용액계(溶液系)에서 비반응성(比反應性) 용질(溶質)인 $Cl^-$의 전진(前進)은 물의 전진(前進)보다 늦었으며, 음(陰)ion 배제효과(排除效果)는 무시(無視)되었고 지연(遲延)은 초기수분함량(初期水分含量) ${\theta}_n$의 함수(函數)로 ${\theta}/({\theta}-{\theta}_n)$로 해석(解析)되었다. 토양입자(土壤粒子)에 의하여 흡착(吸着)이 일어나는 $K^+$, $Ca^{{+}{+}}$, $H_2PO^-_4$의 전진(前進)은 초기수분함량(初期水分含量)과 지연계수(遲延係數) R의 함수(函數)로 $\frac{1}{1+R}{\cdot}\frac{{\theta}}{{\theta}-{\theta}_n}$으로 해석(解析)되며 R치(値)는 $Cl^-$를 1.0으로 보았을 때 $K^+$는 0.64, 0.80 및 2.6이었다. Langmuir 등온흡착식(等溫吸着式)을 이용(利用)한 지연계수(遲延係數) 계산(計算)은 다소의 차이(差異)가 있었으나 적용가능성(適用可能性)이 있었다. 수분분포곡선(水分分布曲線)으로부터 산출(算出)된 물의 확산계수(擴散係數) $D({\theta})$는 초기수분함량(初期水分含量)에 관계(關係)없이 토양수분함량(土壤水分含量)과 단일지수함수관계(單一指數函數關係)로 표시(表示)되었다. $$log\;D({\theta})=13.448{\theta}-9.288$$ $Cl^-$의 수리동적분포계수(水理動的分布係數)는 수분함량(水分含量) 0.36 이상(以上)에서는 물의 확산계수(擴散係數)와 비슷하였고 그 이하(以下)에서는 급격히(急激)히 감소(減少)하여 수분함량(水分含量) 0.2부근에서 자기확산계수(自己擴散係數)와 비슷한 값을 보였다. $K^+$, $Ca^{{+}{+}}$ 및 $H_2PO^-_4$의 수리동적분산계수(水理動的分散係數)는 수분함량(水分含量) 0.38에서 각각(各各) $5.5{\times}10^{-6}$, $2.4{\times}10^{-6}$ 및 $7.1{\times}10^{-7}m^2/sec$의 값을 보였고 0.36% 이하(以下)의 수분함량(水分含量)에서 급격(急激)히 감소(減少)하였으며 감소(減少) 경향(傾向)은 $H_2PO^-_4$가 가장 심(甚)하였다.

• 한국토양비료학회지
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• 제31권2호
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• pp.95-106
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• 1998

매년 석탄화력발전소에서 다량으로 배출되어 나오는 폐기물 fly ash를 효율적으로 재활용하고 환경오염을 줄이기 위해서 fly ash를 알카리 처리하여 인공 zeolite를 합성하고 광물학적 특성 및 형태학적 구조를 X-ray, IR, SEM 분석으로 밝혀냈다. 또한 $NH_4{^+}$, $K^+$, $H_2PO_4{^-}$ 이온에 대한 fly ash와 인공 zeolite의 흡착능을 비교하기 위해 반응시간, 시료의 양, 이온의 농도에 따른 흡착량을 조사하였고, 4% PVA(Polyvinylalcohol)용액으로 입자화시킨 인공 zeolite를 다양한 비율로 첨가하여 상토를 제조하고 폿트 실험을 실시한 결과를 종합하면 다음과 같다. 인공 zeolite의 양이온치환용량(CEC)은 $257.7cmol^+kg^{-1}$으로 fly ash의 $7.0cmol^+kg^{-1}$보다 36배나 증가된 값을 보였으며 $SiO_2/Al_2O_3$의 비가 감소하였고, $Na^+$의 양은 증가하였다. 인공 zeolite의 이화학성질, X-ray, IR 분석의 결과를 종합해볼 때 천연 zeolite 조성 ($Na_2O-SiO_2-Al_2O_3-H_2O$)과 유사하였다. SEM 촬영 결과 fly ash는 전체적으로 표면에 전혀 공극이 없는 구형의 형태를 지녔으며, 인공 zeolite는 알카리 처리로 인해 다공성이 큰 물질로 변화되어 표면적이 한층 증대된 것을 볼 수 있었다. fly ash와 인공 zeolite 모두 반응시간이 증가할수록, 시료의 양이 증가할수록, 이온의 농도가 높을수록 흡착량이 많았으며 대체적으로 $NH_4{^+}$ 이온이 $K^+$ 이온보다 더 많은 흡착량을 보였으며, fly ash 보다는 인공 zeolite가 이온에 대한 흡착능이 더 우수함을 볼 수 있었다. NPK+토양+입자상태의 zeolite 20%+퇴비 5%구에서 배추의 생육이 가장 좋았으며 시중 상토의 경우 재배기간이 20일이 넘었을 때 엽이 황색으로 변했지만 제조한 상토에서 자란 배추는 이러한 증상을 나타내지 않았다. 폐기물인 fly ash를 알카리 처리하여 양이온치환용량이 증가된 인공 zeolite를 합성하고 여기에 비료 성분 N, P, K를 첨가하여 입자화 시킨 후 이를 상토제조에 이용하는 것이 석탄회의 부가가치를 높이는 가장 효과적인 방법이라고 판단된다.

• 한국광물학회지
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• 제25권2호
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• pp.85-94
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• 2012

산성광산배수에 존재하는 $AsO_4$는 슈베르트마나이트의 $SO_4$를 치환하여 강하게 흡착되고 이로 인하여 슈베르트마나이트가 쉽게 침철석으로 전이되지 않게 해준다. 이러한 슈베르트마나이트에 대하여 주요 중금속 흡착에 대한 연구는 일부 이루어져 있으나 실제 $AsO_4$로 치환된 슈베르트마나이트에 대한 흡착 특성에 대해서는 기존에 연구된 바가 없다. 본 연구에서는 $AsO_4$로 치환된 슈베르트마나이트에 대하여 Cu, Pb, Zn 등의 대표적인 중금속 세 종류에 대하여 각 중금속의 농도가 3, 10, 30, 100 mg/L에 대하여 pH 4와 6의 두 범위에서 시간에 따른 흡착 실험을 실시하였다. 흡착 실험 결과 모든 중금속에 대하여 pH 6인 경우 pH 4에 비하여 흡착량이 큰 범위로 증가하였다. 전체적인 흡착량에 있어서 두 pH 범위에서 모두 Pb가 가장 큰 흡착량은 보였으며 Cu와 Zn의 흡착량은 비슷하였다. 시간에 따른 흡착속도는 전체적으로 모든 농도에 대하여 시간이 증가하면서 흡착량은 증가하였으나 Zn의 경우 대부분의 흡착이 초기에 일어나 시간이 지나면서 뚜렷한 흡착의 증가는 일어나지 않았다. 이러한 흡착량 증가는 특히 고농도의 용액인 100 mg/L에서 그 증가하는 양상이 뚜렷하였다. 다양한 흡착속도 모델을 적용한 결과 $AsO_4$로 치환된 슈베르트마나이트에서 일어나는 중금속의 흡착속도는 아마도 확산에 의하여 주로 좌우되는 것으로 나타났다. 기존의 연구에서 순수한 슈베르트마나이트가 pH 6에서 세 중금속에 대하여 거의 비슷한 흡착량을 보이고 pH 4에서는 Cu와 Pb가 비슷하게 Zn보다 높은 흡착량을 보이는 것을 고려하면 본 연구 결과 $AsO_4$ 슈베르트마나이트는 확연하게 다른 흡착 경향을 보이고 이는 $AsO_4$가 슈베르트마나이트의 $SO_4$를 치환됨으로 인하여 슈베르트마나이트의 표면 및 흡착특성이 달라짐을 지시한다. 이는 산성광산배수에서 $AsO_4$의 흡착이 슈베르트마나이트의 안정성뿐만 아니라 각 중금속의 거동에도 큰 영향을 줄 수 있음을 보여준다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제43권2호
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• pp.206-214
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• 2005

$TiO_2$에 담지된 불균일 촉매상에서 ppm 수준으로 존재하는 수중 유기오염물질들을 제거하기 위한 모델반응으로 액상 trichloroethylene(TCE) 분해반응을 선정하였으며, 여러 반응변수의 동시제어가 가능하도록 디자인된 연속 흐름식 고정층 반응기 내에서 incipient wetness 기법으로 제조된 여러 전이금속 산화물 촉매들의 TCE 분해활성을 조사하였다. 선택된 반응조건에서 모델반응의 내부확산저항은 없었으며, $36^{\circ}C$의 반응온도에서 촉매표면에 흡착에 의한 액상 TCE 제거된 정도는 무시할 만하였고 촉매반응에 의해서만 제거될 수 있었다. TCE 제거반응에 대한 촉매들의 활성 및 반응시간에 따른 분해효율의 의존성은 사용된 금속 산화물 및 담지체의 종류에 따라 달라지는 것으로 나타났다. 5 wt.% $CoO_x$/$TiO_2$ 촉매는 본 대상반응에 대하여 가장 우수한 활성을 갖는 것으로 나타났으며, 반응시간의 경과 정도에 따라 TCE 분해효율이 점진적으로 증가하여 안정되는 전이구간의 존재를 확인할 수 있었다. 이와 같은 촉매활성의 반응시간 의존성은 반응 초기와 일정시간 경과 후의 $TiO_2$ 표면에 존재하는 $CoO_x$의 표면구조가 상이할 뿐만 아니라 반응시간 경과와 함께 활성이 더욱 높은 Co species의 표면노출을 암시하고 있다. $NiO_x$, $CrO_x$와 같은 금속 산화물 촉매들의 반응활성은 매우 낮은 수준이었다. $TiO_2$와 MFI를 담지체로 하여 각각 incipient wetness법과 이온교환법으로 제조된 $CuO_x/TiO_2$, Cu-MFI, $FeO_x/TiO_2$ 및 Fe-MFI의 TCE 제거효율을 반응시간의 함수로 살펴본 결과, Cu 촉매들에서 관찰되는 반응시간-분해효율 거동과는 다른 현상이 $FeO_x/TiO_2$와 Fe-MFI 촉매상에서 관찰되었다. $36^{\circ}C$의 반응온도에서 전반응시간 동안에 5 wt.% $FeO_x/TiO_2$ 촉매상에서 TCE 제거반응은 일어나지 않았으나, 1.2 wt.% Fe-MFI의 경우 반응 초기에 높은 제거율을 일정시간 동안 유지하다가 서서히 감소하는 비활성화 현상이 발생하였다. 이는 동일한 활성성분이 사용된다 할지라도 그 제조방법에 따라 촉매활성이 달라질 수 있음을 보여주고 있으며, 액상반응 중에 일어나는 활성성분의 redox cycle이 중요한 역할을 할 수 있음을 암시하고 있다. 가장 우수한 $CoO_x/TiO_2$ 촉매의 TCE 분해활성에 미치는 $CoO_x$ 담지량, 반응온도 등의 영향을 조사한 결과, 최적의 $CoO_x$ 담지량이 존재하였고 반응온도가 높을수록 TCE 제거효율은 높게 나타났다. 반응 중에 $CoO_x$ leaching에 의한 $CoO_x$의 손실이 확인되었으나 TCE 전환율에 영향을 미칠 정도는 아닌 것으로 판단되었다.