수면에서의 마이크로웨이브 후방산란 수치 시뮬레이션 기법을 개발하였다. 수치 시뮬레이션은 수조나 실해역 실험의 대체수단으로서, 수면에서의 마이크로웨이브 후방산란 과정의 이해, 마이크로웨이브 레이더를 이용한 수면 관측시스템과 관측방법의 평가에 이용된다. 이 논문에서는 다양한 수면 조건에 대한 수치 시뮬레이션의 적용 예와 수치 시뮬레이션의 유용성에 대해서 기술하였다. 적용 예로서, 고정안테나 펄스 도플러 레이더의 1) 도플러 이미지, 2) 레이더 조사폭 영향, 3) 하천 수위 관측과, 4) 합성 개구 레이더 (SAR) 의 해면 이미지를 보여준다. 해면으로부터의 마이크로웨이브 후방산란 수치 시뮬레이션을 통하여, 1) 파랑계측에 있어서 펄스 도플러 레이더의 주파수 변조 이미지가 진폭 변조 이미지에 비해서 유용함을 보였다. 2) 연속파 레이더를 이용한 파랑계측에 있어서의 레이더 해면 조사폭의 영향에 대한 Rheem[2008]의 보고와 관련해, 레이더 조사폭이 도플러 스펙트럼에 미치는 영향을 조사하여, 파랑계측에 적합한 레이더의 조사 조건을 보였다. 3) 펄스 도플러 레이더를 이용한 해면 조위관측 알고리듬을 하천의 유속과 수위 추정에 응용함에 있에서, 알고리듬의 적용성과 계측성능을 평가했다. 4) SAR 이미지 생성 메케니즘의 이해와 SAR 이미지를 이용한 해면 관측 알고리듬의 평가를 위해, 수치 시뮬레이션을 이용하여 해면의 SAR 이미지를 생성하였다.
The three processes of 1) high- & low-temperature microwave heatings, 2) the soil washing, and 3) the thermal desorption processes in soil remediation are analysed on the treatment cost data for 2003-2012 years. The cost of microwave heating method with at temperature 500-700℃, for 30 minutes, and at 4-6 kW is approximately 10 $/ton (13,000 ₩) due to the deep through heating of micro-wave, the soil washing with chemicals is about 80 $/ton (85,000 ₩) due to the chemicals & duration, and the thermal desorption process is around 40 $/ton (41,000 ₩) from the less efficiency. Furthermore the sustainability has been assessed, and suggestions are made. 1) Green; the minimal environmental footprint, 2) Growth; the least cost, 3) Shared; the social & environmental justice, 4) Smart; the microwave characteristics of deep through irradiation & heating, and 5) Mutuality; the flexibility of the technology. More additives including water, the government support, and public relation are suggested realizing the microwave in this condition is not harmful to human beings.
The objective of this study was to evaluate the microwave drying characteristics of mixtures of chemical wastewater sludge (70~90%) and anthracite coal (10~30%) with respect to physical and economic factors such as mass, volume reduction, moisture content, drying rate and heating value when the wastes were dried at different weight mixing ratio and for different microwave irradiation time. The drying process were carried out in a microwave oven, the combined drying process with a 2,450 MHz frequency and 1 kW of power. Maximum dry rates per unit area on the microwave drying of mixtures with chemical wastewater sludge and anthracite coal were $35.5kg\;H_2O/m^2{\cdot}hr$ for Cs90-Ac10; $40.1kg\;H_2O/m^2{\cdot}hr$ for Cs80-Ac20 and $35.0kg\;H_2O/m^2{\cdot}hr$ for Cs70-Ac30. The result clearly indicated that moisture can be effectively and inexpensively removed from the wastes through use of the microwave drying process.
녹조류는 cellulose가 세포벽의 주요 구성성분이며 그 양이 다른 해조류에 비해 월등하고, 세포벽에 lignin이 없어 lignin 제거공정을 거치지 않고 cellulase를 사용하여 쉽게 당화시킬 수 있을 뿐만 아니라 저장산물인 전분도 당 성분으로 사용할 수 있다. 이에 바이오에너지 생산을 위한 좋은 바이오매스가 될 것으로 기대되는 녹조류인 구멍갈파래(Ulva pertusa Kjellman)를 사용하여 마이크로웨이브 장치를 통한 열수 전처리 효과가 cellulase를 사용한 가수분해 효율에 미치는 영향을 알아보았다. 열수의 온도에 따른 전처리 효과를 확인하기 위해 $100{\sim}150^{\circ}C$에서 전처리를 수행하였으며, $140{\sim}150^{\circ}C$에서 가장 높은 전처리 효과를 얻었다. 또한 전처리 최적조건인 마이크로웨이브 장치의 출력 50W와 온도$150^{\circ}C$에서 열수 전처리한 구멍갈파래에 포함되어 있는 탄수화물의 효소적 가수분해 효율을 높이기 위해 cellulase 외에 ${\alpha}$-amylase와 ${\beta}$-glucosidase를 함께 사용하여, 효소 혼합의 효과를 확인하였다. 전처리한 구멍갈파래 시료에 cellulase와 ${\alpha}$-amylase 그리고 ${\beta}$-glucosidase 활성을 가지는 Novozyme 188을 사용하여 가수분해하였을 경우 전처리하지 않은 구멍갈파래 시료와 비교하면 초기 가수분해속도가 6배 이상 월등히 높았고, 3시간 만에 구멍갈파래에 포함되어 있는 탄수화물의 96 wt%에 해당할 정도의 환원당이 생성되었으며, 이 양은 전처리하지 않은 구멍갈파래 시료를 24시간동안 효소적 가수분해해야 얻을 수 있는 환원당의 양으로 열수 전처리한 효과가 월등함을 보여주었을 뿐만 아니라 대부분의 탄수화물이 전환되는 최대 당화 효율을 얻을 수 있음을 보여준다.
온열요법은 암치료에 있어서 방사선과 병용하였을 때 상호보완 작용을 하여 방사선에 저항성이 높은 세포주기의 S-기에 민감하게 작용하며 세포의 준치사손상의 회복을 저지시킴으로써 방사선의 효과를 상승시킬 수 있다. 저자는 100Watt, 2450MHz의 마이크로파 온열기구를 제작하고 조직등가인 판톰을 이용하여 예비측정과 방열조사 조건 및 방법을 계획한 후 생물학적 반응을 관찰하기 위하여 흰쥐 102마리를 이용하여 온열요법, X-선조사 (6Gy-15Gy) 및 선 조사와 온열요법을 병행하여 직장과 방광의 조직학적 소견을 관찰하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 1) 100Watt, 2450MHz의 소형마이코로파 온열발생장치로서 조직을 $40{\sim}50^{\circ}C$로 유지하여 1시간 이상 가열할 수 있었다. 2) 조직온열분포는 깊이 3cm, 직명 2-10cm의 넓이에 $40{\sim}44^{\circ}C$의 온도분포를 계속 유지할 수 있었다. 3) 온열요법 단독으로는 직장의 점막하층의 부종을 볼 수 있었으나 방광의 조직학적 변화는 볼 수 없었다. 4) 점막상피괴사는 직장에 X-선조사 6Gy의 15일군에서, 방광에 8Gy의 15일군에서 각각 나타나기 시작하였으며, 근층괴사는 직장에 X-선조사 8Gy의 15일군에서, 방광에 10Gy의 60일군에서 각각 나타났다. 5) X-선조사와 온열요법병행군에서 직장과 방광의 조직학적변화 (점막과 근층의 괴사)를 관찰하여 열증강율은 1.0으로 증가되지 않음으로서 직장과 방광의 내용선량의 변화가 없음을 시사하였다.
본 연구에서 사용한 QRD(Quadratic Residue Diffusor) 마이크로파는 일반적인 마이크로파와 달리 파장의 위상차를 변화시켜 균일한 살균을 유도할 수 있어 저전력으로 효과를 높일 수 있는 새로운 기술로 알려져 있다. 따라서 친환경적이고 에너지 소비가 적은 QRD 마이크로파를 이용하여 식물공장에 이용되고 있는 배지를 멸균할 수 있는 가능성에 대한 기초적인 연구를 수행하여 얻은 결과는 아래와 같다. 마이크로파의 조사 출력에 따른 배지의 외적변형은 배지 내의 수분의 함유량과 마이크로파 출력을 2~8kW까지에서 우레탄스폰지와 암면은 외적변형이 전혀 일어나지 않은 것으로 확인되었다. 그러나 PDA고체배지는 2kW 출력에 60초와 180초에서는 배지가 녹지 않았고, 그 외 처리에서는 전부 배지가 녹았다. Bacillus sp.와 Burkholderia sp.에서 마이크로파의 조사 출력과 처리시간에 따른 균주 표면 온도는 차이가 나타났다. 마이크로파의 조사 출력과 처리시간에 따른 균주 멸균 실험은 마이크로파의 출력 2kW에서 시간과 관계없이 Bacillus sp.와 Burkholderia sp.는 모두 자라고 있는 것을 확인하였고, 마이크로파의 출력 6kW에서는 Burkholderia sp.의 60초 처리를 제외한 모든 실험구에서 멸균되었으며, Bacillus sp.는 모든 실험구에서 사멸되었다. 마이크로파의 출력 8kW에서 시간과 관계없이 Bacillus sp.와 Burkholderia sp.는 모두 멸균되었음을 확인하였다. 균주를 각각의 배지에 오염시킨 후 마이크로파를 처리한 배지 내의 온도는 처리시간 60초 지난 뒤에는 우레탄스폰지와 암면배지에서의 온도가 $100^{\circ}C$ 이상으로 유지되어 대체로 60초 부터 멸균이 가능한 것으로 판단되었다. 따라서 식물공장내에 가장 문제가 되고 있는 Bacillus sp.와 Burkholderia sp.는 본 실험에서 사용된 QRD 마이크로파로 충분히 멸균될 수 있을 것이라 판단된다.
포르말린을 사용한 조직 고정 방식은 우수한 세포 형태를 유지하며 장기간 조직을 보관할 수 있는 장점이 있으나, 느린 고정 시간, 유해 화학물질에 노출 및 단백질 변형 등의 단점이 있다. 본 연구에서는 마우스의 간과 신장 조직을 이용하여 포르말린 고정과 마이크로파 조사에 의한 빠른 고정을 각각 실시한 후 조직학적 검사와 단백질의 보존 상태를 측정하여 그 결과를 비교하였다. 동일 조직을 절단하여 포르말린 고정과 인산염 완충 식염수에서 마이크로파 조사에 의한 고정 과정을 동시에 실시하였으며, 파라핀 포매 조직에서 제조한 슬라이드에서 H & E와 면역화학염색을 시행하여 조직 고정의 적정성과 항원성을 검사하였다. 또한 고정 조직에서 단백질 추출 양과 질을 각각 BCA법 및 Western blotting법으로 평가하였다. H & E 염색과 면역화학염색을 수행한 결과, 적혈구의 부분적 소실을 제외하고는 마이크로파 고정 조직과 포르말린 고정 조직 간에 대등한 결과를 보였다. 특히, 마이크로파 고정 조직에서 단백질은 잘 보존된 상태로 추출되었다. 결론적으로, 마이크로파 조사를 통한 조직 고정은 포르말린 고정과 비교하여 빠른 고정시간과 우수한 단백질 회수율을 보였으며, 조직 고정의 적정성과 항원성에서도 포르말린 고정과 대등한 결과를 보여, 신속한 조직 고정이 필요한 환경에서 적용이 가능함을 제시하고 있다.
본 연구에서는 마이크로웨이브를 이용한 폐유원료 바이오디젤 제조공정의 최적화 과정을 반응표면분석법을 이용해 진행하였다. 공정 변수로는 폐식용유의 산가, 마이크로웨이브 조사시간, 마이크로웨이브 조사온도, 알코올/유지 몰비 등을 선택하였고, 반응치로는 FAME 함량(96.5% 이상) 및 동점도(1.9~5.5 cSt)를 설정하였다. 기초실험을 통해 계량인자 변수범위를 마이크로웨이브 조사시간(4~6 min), 마이크로웨이브 조사세기(400~600 W), 알코올/유지 몰비(7~9)로 정하고, 반응표면분석법을 이용한 최적화 결과 바이오디젤 제조공정의 최적조건은 산가(2.0, 3.0 mg KOH/g) 별로 마이크로웨이브 조사시간(5.0, 5.1 min), 마이크로웨이브 조사세기(481.3, 525.5 W), 메탄올/유지 몰비(7.9, 8.4)로 나타났고, 이 조건에서 FAME 함량(97.49, 96.34%)과 동점도(4.01, 4.12 cSt)로 예측되었다. 실제 실험을 통해 확인한 결과는 FAME 함량(97.82, 96.42%)과 동점도(4.07, 4.16 cSt)로 측정되었고, 이의 평균 오차율은 각각 0.22, 0.98%로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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