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PM10 내 납의 동위원소와 농도를 활용한 산업도시지역 대기 중 납 오염원 평가 (Evaluation of Airborne Pb Sources in an Industrialized City by Applying Pb Isotope Ratios and Concentrations in PM10)

  • 조완근;이현철;김모근
    • 대한환경공학회지
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    • 제33권3호
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    • pp.174-182
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    • 2011
  • 본 연구는 제철 산업지역과 이 지역으로 부터 이격거리가 다른 주거지역들의 대기 및 잠재적 오염원의 납 동위원소/대기 중 납 농도를 측정하여 제철 산업도시 대기 중 납의 주요 오염원을 평가하였다. 대기 중 납 농도와 납 동위원소비 측정과정에서 수행한 자료의 질 관리 프로그램에서 결정된 납의 검출한계는 $0.5ng/m^3$ 이하, 표준 입자상물질의 회수율은 90% 이상 그리고 4종류 납 동위원소($^{204}Pb$, $^{206}Pb$, $^{207}Pb$, $^{208}Pb$) 분석의 재현성 오차가 모두 0.2% 이하이었다. 3종류 동위원소비($^{206}Pb/^{204}Pb$, $^{207}Pb/^{206}Pb$, $^{208}Pb/^{206}Pb$ 모두에 대해서 산업지역에서 측정된 값은 이 지역과 멀리 떨어진 주거지역 측정값보다 인접한 주거지역 측정값과 가까워, 산업지역과 인접 주거지역 납의 오염원이 보다 유사한 것으로 나타났다. 나아가, 여름과 겨울 두 계절에 대하여, 주거지역들보다는 산업지역에서 납 농도가 4배 이상 높게 나타났고, 주거지역 중에서도 인접 주거지역에서 납 농도가 높게 나타났기 때문에, 산업지역에서 배출된 납이 인접 주거지역에 더 많은 영향을 미친 것으로 사료되었다. 산업지역에서 조사된 3종류 납 동위원소비($^{206}Pb/^{204}Pb$, $^{207}Pb/^{206}Pb$, $^{208}Pb/^{206}Pb$)가 8종류 잠재적 오염원 중에서 슬래그와 자동차 배출가스의 값과 유사하게 나타나, 이들 오염원이 산업지역과 인접 주거지역 납의 주요 오염원으로 추정된다. 또한, 산업지역과 주거지역들의 납 동위원소비가 계절적으로 다른 양상을 나타내었고, 납 농도는 여름보다 겨울에 높게 나타났다.

제주흑우 동결정액 제조에 있어 Low Density Lipoproteins (LDL)과 항산화제로서 Taurine, Hypotaurine 그리고 Trehalose 조합이 동결 융해 후 정자의 성상에 미치는 영향 (Effect of LDL in Combination with Taurine, Hypotaurine and Trehalose as a Antioxidant on Freezing Thawed Semen Function in Korean Jeju Black Bull)

  • 오신애;고민희;강태영;최선호;고문석;오영미;조원모
    • Reproductive and Developmental Biology
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    • 제36권3호
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    • pp.147-154
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    • 2012
  • 본 연구에서는 제주흑우의 유전자원 보존과 증식에 있어 성공적인 인공수정을 위한 안정적인 동결정액 제조법을 수립하고 동결 융해 후 정자의 품질을 개선하기 위하여 제주흑우의 동결 정액 제조시 LDL, taurine, hypotaurine 그리고 trehalose를 첨가하여 이들이 동결 융해 후 정자의 성상에 미치는 영향에 대하여 알아보고자 수행하였다. 제주흑우의 정액 동결 시 LDL, LDL-taurine, LDL-hypotaurine 그리고 LDL-trehalose의 첨가는 ($63.40%{\pm}7.39$, $69.70%{\pm}6.12$, $67.25%{\pm}3.21$, $64.55%{\pm}2.43$) 대조구에($56.25%{\pm}6.42$) 비하여 모두 유의적인 생존율의 증가를 나타냈다 (p<0.05). 정자막 온전성 검사를 통한 꼬리막 팽창 정자의 비율은 LDL-taurine을 첨가 실험구에서 $70.55%{\pm}5.16$, LDL-hypotaurine 첨가 실험구에서 $64.45%{\pm}5.85$, LDL-trehalose 실험구에서 $64.50%{\pm}2.78$, LDL 단독 첨가 실험구에서 $61.65%{\pm}5.18$로 대조구 $51.90%{\pm}9.99$보다 모두 유의적으로 높은 결과를 나타냈다 (p<0.05). 동결 융해 후 정자의 첨체막 변화 양상에 있어서는 B pattern의 비율은 대조구와 실험구 모두 유의적 차이가 없었으며, F pattern은 LDL-taurine의 조합만이 대조구와 유의적인 차이를 나타내며 증가하였다 (p<0.05). 그러나 AR pattern의 비율은 LDL-taurine, LDL-trehalose, LDL-hypotaurine 그리고 LDL 처리의 순으로 대조구에 비하여 모두 유의적으로 낮은 수준의 AR pattern의 비율을 나타냈다(p<0.05). 정자의 수정능력 평가에 있어 LDL-taurine, LDL-hypotaurine 그리고 LDL-trehalose 모두 대조구에 대하여 유의적으로 높은 웅성전핵 형성율과 SFI를 나타냈으며 (p<0.05), 특히 LDL-taurine의 첨가는 LDL의 단독 처리에 비하여도 유의적으로 높은 수준의 웅성전핵 형성율과 SFI를 나타냈다 (p<0.05). 또한, decondenced sperm 비율에 있어 LDL, LDL-taurine, LDL-hypotaurine 그리고 LDL-trehalose 실험구 모두 대조구에 비하여 유의적으로 높은 결과를 나타냈다 (p<0.05). 본 연구의 결과는 제주흑우 정액의 동결정액 제조에 있어 안정적인 제조법을 공급할 수 있으며, 동결 융해 후 정자의 기능 개선 방법에 보다 많은 정보를 제공할 수 있을 것으로 사료된다.

수박 시설재배에서 살충제 Acetamiprid 사용 시 전신노출법에 의한 농작업자의 노출 및 위해성평가 (Exposure and Risk Assessment for Operator Exposure to Insecticide Acetamiprid during Water Melon Cultivation in Greenhouse using Whole Body Dosimetry)

  • 김은혜;이지호;성정희;이종화;신용호;김정한
    • 농약과학회지
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    • 제18권4호
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    • pp.247-257
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    • 2014
  • 수박 시설 재배에서 acetamiprid 수화제의 살포액 조제 및 살포 시 농작업자의 피부 및 호흡 노출량을 측정하였다. 국내 최초로 피부 노출은 전신노출법을 이용하였으며, 폴리에스테르와 면이 함유된 겉작업복과 면으로 된 내복을 사용하여 측정하였다. 손 노출은 nitrile 장갑을 끼고 조제/살포 후 장갑 및 손을 세척하여 측정하였고, 머리의 노출은 세척액으로 적신 거즈로 얼굴/목을 닦아서 측정하였다. 호흡 노출은 개인용 공기펌프와 IOM sampler (glass fiber filter)를 작업자 어깨에 고정하여 2 L/min으로 공기를 포집하여 측정하였다. 분석법의 정량한계는 2.5 ng/mL이었고, 각 노출 시료의 matrix matched 표준용액의 직선성은 0.99 이상이었다. 재현성은 C.V 8.7% 이하였으며, 각 노출시료의 회수율은 70~119%, 포장회수율은 77~95%이었다. 조제 시 손 노출량($229.7{\mu}g$)이 살포시 노출량($20.9{\mu}g$)의 10배 이상의 결과를 보였다. 살포시 전체 피부 노출량은 $1207.4{\mu}g$이었고, 이 중 정강이의 노출량은 $1132.1{\mu}g$로 전체의 93.8 %를 차지하였다. 호흡 노출량은 조제 및 살포 시 모두 검출되지 않았다. 위해성평가를 위한 MOS는 한국 남자 평균 체중(70 kg)과 농작업자 노출 허용량($124{\mu}g/kg/day$)을 고려하여 산정하였다. MOS 값 산출결과, 100이상으로 위해성이 낮음을 확인하였다.

젖소분뇨 반 건식 혐기소화 잔재물의 고체연료화 가능성 평가 (Evaluation of Solidified Fuel Value of Dairy Cattle Manure Digested by Semi-Dry Anaerobic Digestion Method)

  • 정광화;김중곤;이동준;조원모;;곽정훈
    • 유기물자원화
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    • 제24권4호
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    • pp.95-103
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    • 2016
  • 본 연구는 젖소분뇨를 원료로 하여 반 건식 혐기소화 방법을 적용하였을 경우의 혐기소화 가능성을 분석하고 혐기소화 과정에서 배출되는 젖소분뇨 혐기소화 잔재물의 고체연료로서의 가치를 평가하기 위하여 수행되었다. 젖소분뇨의 반 건식 혐기소화 가능성을 평가하기 위하여 950 mL 용량의 반응조를 제작하여 회분식 혐기소화를 실시하였다. 이와 동시에 젖소분뇨 혐기소화 원료를 가로 1,000 mm, 세로 450 mm 크기의 기밀형 아크릴 반응조에 투입하고 항온실에서 중온 혐기소화를 실시한 후에 배출되는 혐기소화 잔재물을 고체연료화 실험원료로 사용하였다. 혐기소화 기질로 사용된 젖소분뇨의 수분함량은 80.64%였으며 젖소분뇨에 첨가한 식종액의 수분함량은 96.83% 수준이었다. 젖소분뇨를 혐기소화하기 위하여 젖소분뇨와 식종액을 1:1 비율로 혼합하였을 때의 수분함량과 VS/TS(휘발성 고형물/총고형물) 함량은 89.74%와 83.35% 수준이었다. 이 젖소분뇨를 혐기소화 한 결과 식종액을 혼합하였을 때 바이오가스가 생성된 반면에 식종액을 혼합하지 않은 경우에는 바이오 가스가 거의 발생되지 않았다. 반 건식 혐기소화를 거친 젖소분뇨 혐기소화 잔재물은 신선분에 비해 열량가가 약 20% 정도 감소하였다. 반면에 회분은 15%에서 18.4%로 증가하였다. 젖소분뇨 혐기소화 잔재물울 고체연료 형태로 펠릿화하였을 경우 크롬과 납, 카드뮴, 황 등의 농도가 규제 수준보다 낮았다. 따라서 젖소분뇨를 혐기소화 하여 바이오가스를 회수하고 난후 혐기소화 잔재물을 고체연료화하여 연료로 활용하는 방법을 적용할 수 있을 것으로 판단된다.

감초경작지의 잡초방제를 위한 제초제 선발 (Response of Liquorice (Glycyrrhiza uralensis) to Several Soil- and Foliar-Applied Herbicides)

  • 김성문;오혜영;김용호;조준모;허장현;한대성
    • 농약과학회지
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    • 제4권4호
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    • pp.81-86
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    • 2000
  • 감초 경작지의 잡초를 방제할 수 있는 제초제를 선발하기 위하여 국내에서 시판중인 12종의 토양처리 및 경엽처리 제초제의 약효 약해를 실내실험을 통하여 검정하였고, 선발된 제초제의 약효 약해를 포장실험을 통하여 검정하였다. 토양처리 제초제인 pendimethalin(1,585 g a.i. $ha^{-1}$), simazine(1,000 g a.i. $ha^{-1}$), alachlor(5 g a.i. $ha^{-1}$), metolachlor (1,600 g a.i. $ha^{-1}$), ethalfluralin(1,050 g a.i. $ha^{-1}$)를 각각 처리한 결과, 제초제들은 바랭이와 피에 대해서는 60% 이상의 살초력을 나타낸 반면, 어저귀와 메밀에 대해서는 60% 이하의 살초력을 나타내었다. 그리고 alachlor, metolachlor, ethalfluralin은 감초에 대해 중정도의 약해를($25{\sim}40%$), pendimethalin, simazine은 낮은 약해를 나타내었다($10{\sim}17%$). 실내실험 결과를 바탕으로 pendimethalin과 simazine를 포장시험을 위한 제초제로 선발하였고, 약효 약해를 춘천 소재 강원도 농업기술원 포장에서 검정하였다. 제초제 처리 4주 후 pendimethalin과 simazine 처리구의 감초 생체중은 무처리구의 감초 생체중(0.79 g $plant^{-1}$)과 비교하여 차이가 없었다. 무처리구에 발생한 잡초의 총생체중은 $187g m^{-2}$이었던 반면 제초제 처리구에서는 잡초가 전혀 발견되지 않았다. 경엽처리 제초제인 dicamba(964 g a.i. $ha^{-1}$), 2,4-D(280 g a.i. $ha^{-1}$), mecoprop(2,500 g a.i. $ha^{-1}$), flazasulfuron(75 g a.i. $ha^{-1}$), imazaquin(800 g a.i. $ha^{-1}$'), bentazon(1,600 g a.i. $ha^{-1}$), pyribenzoxim(30 g a.i. $ha^{-1}$)을 각각 $3{\sim}4$엽기의 감초와 어저귀, 메밀, 바랭이, 피의 경엽에 처리하고 처리 7일 후 약효 약해를 실내 검정한 결과, dicamba, 2,4-D, mecoprop, bentazon은 감초 유식물에 대해 완전해를 나타낸 반면, flazasulfuron, imazaquin, pyribenzoxim은 30% 이하의 약해를 나타내었다. 감초에 대하여 낮은 약해를 나타낸 flazasulfuron, imazaquin, pyribenzoxim은 어저귀, 메밀, 바랭이, 피에 대하여 50% 미만의 약효를 나타내었기에 감초 경작지용 제초제로는 적합하지 않다고 판단되었다. 본 실험의 결과를 바탕으로 감초경작지용 제초제로는 토양처리용 pendimethalin과 simazine이 적합할 것이라 판단된다.

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염해지 토양을 기반으로 조성된 모래 지반구조에서 관수용수의 량 및 염농도에 따른 토양내 염류 집적과 켄터키 블루그래스의 생육에 미치는 영향 (Effects of Salinity Level and Irrigation Rate on Kentucky Bluegrass (Poa pratensis L.) Growth and Salt Accumulation in Sand Growing Media Established Over the Reclaimed Saline Soil)

  • 라하유;양근모;최준수
    • 아시안잔디학회지
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    • 제25권1호
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    • pp.79-88
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    • 2011
  • 본 연구는 염해지 토양을 기반으로 조성된 모래 지반구조에서 켄터키 블루그래스의 염해 경감을 위한 관수량 및 관수용수의 염 수준 설정에 관한 정보를 얻고자 수행되었다. 시험에 사용된 용기는 바닥에 10 cm 높이로 간척지 논토양을 설치 하였으며, 그 위에 20 cm 높이로 염류 차단을 위해 왕사를 설치하였다. 상토는 20 cm 높이로 세사를 설치 하였으며, 세사에 유기물이 부피비로 5%가 되도록 혼합하여 조성하였다. 상기 용기들은 전기전도도(ECw)가 3-5 $dSm^{-1}$ 수준인 물에 5 cm 깊이로 침지 처리하였다. 조성된 용기에 켄터키 블루그래스 멧장을 식재하였다. 관수용수의 염처리는 전기전도도가 각각 0, 2 and 3 $dSm^{-1}$의 농도로 수행되었다. 관수량은 켄터키 블루그래스의 일 증발산량 대비 70% (3.8 mm $day^{-1}$), 100% (5.7 mm $day^{-1}$), 그리고 130% (7.6 mm $day^{-1}$)의 3처리로 하였다. 관수는 3일 간격으로 수행하였다. 상토내 염류의 축적은 관수용수와 모세관 현상에 따른 염 집적이 원인이 되었다. 시험 2차년도 조사시 관수용수의 처리 농도(ECw)가 0, 2, 3 $dSm^{-1}$ 일 때 각 상토의 전기전도도는 (ECe) 3.86 $dSm^{-1}$, 4.7 $dSm^{-1}$ 그리고 5.1 $dSm^{-1}$ 수준으로 조사되었으며, SAR은 19.2, 23.9, 27.5로 조사되었다. 관수 량의 경우는 염이 포함된 물을 증발산량의 100%와 130% 살포시는 켄터키 블루그래스 재배 토양내 ECe와 SAR 경감 효과는 없었다. 그러나 실험 1년 차의 경우 관수량이 증가할수록 켄터키 블루그래스의 생육량은 증가되었다. 2년차 조사에서는 켄터키 블루그래스의 생육이 염농도에 영향을 받는 것으로 조사되었다. 수돗물에 (0 $dSm^{-1}$) 비해 전기전도도가 2와 3$dSm^{-1}$인 물을 관수시 가시적 품질이 각각 3.2%, 16.5% 감소하는 결과를 보였으며, 예지물의 건물중은 각각 6.4%, 39.3%가 감소하는 결과를 보였다. 또한 뿌리 건물중은 각각 5.5%, 5.0% 감소하는 결과를 보였다.

한국잔디(Zoysia japonica 'Zenith')의 플러그 묘를 이용한 조성 효율 (Establishment Efficiency of 'Zenith' Zoysiagrass by Plugging)

  • 조윤식;안상현;양근모;최준수
    • 아시안잔디학회지
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    • 제21권1호
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    • pp.9-21
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    • 2007
  • 본 연구는 플러그 묘로 생산된 한국잔디의 조성효율에 관하여 연구해보고자 수행되었다. 한국잔디류는 조성속도가 느린 초종으로 보고 되고 있다. 반면에 종피 처리를 한 종자로 조성하면 조성속도를 높일 수 있으나 초기에 집중관수가 요구된다. 종자를 파종하여 만든 플러그 묘($2.5{\times}2.5cm$)는 조성 초기의 관수 요구도를 줄일 수 있다. 그러나 플러그 묘를 이용한 경우 조성속도는 식재시기, 식재간격, 시비량, 식재 초기의 비닐 피복유무 등에 따라 매우 다양할 수 있어 본 실험에서는 이들 변수에 관한 기초연구를 수행하였다. 식재 시기는 4월 5일, 5월 18일, 7월 13일, 8월 24일 10월 29일과 이듬해 4월 6일로 하여 2004년에서 2005년까지 잔디의 생육기간을 조사하였다. 식재 간격은 $20{\times}20cm,\;25{\times}25cm,\;30{\times}30cm$로 하여 비교하였으며, 시비량은 질소 순성분량을 15g, 30g, 45g $N\{\cdot}m^{-2}$로 하여 비교하였다. 식재 시기는 4월 5일 $25{\times}25cm$ 간격으로 식재 시 29주 후 90%의 조성률을 보여 조성 당년에 피복이 거의 완료되었다. 플러그 묘 식재 후 조성률의 증가는 7, 8월 사이에 급격히 증가하였으며, 전체 조성률 증가량의 50% 이상이 이 시기에 이루어졌다. 식재간격은 $20{\times}20cm$$25{\times}25cm$의 식재간격으로 조성한 것이 $30{\times}30cm$의 식재간격 처리구보다 9% 이상 빠른 조성률의 차이를 보였다. 그러나 식재간격에 따른 플러그 묘에서 생장한 포복경수와 길이는 처리구 간에 통계적인 차이를 보이지 않았다. 모든 실험구에서 플러그 묘의 생존율은 90% 이상으로 나타나 자연강우 조건에서도 높은 생존율을 보였다. 상기결과로 볼 때 종자파종으로 만든 플러그 묘 식재는 한국잔디 조성 시 파종의 단점을 극복할 수 있는 안전하고 효율적인 방법으로 나타났다.

슬관절 전치환술 후 골프활동 (Golf activity after total knee arthroplasty)

  • 김형준;차승한;남경모;김동헌
    • 대한정형외과스포츠의학회지
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    • 제11권1호
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    • pp.51-56
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    • 2012
  • 목적: 슬관절 전치환술 후 비교적 흔하게 시행되는 레져스포츠 활동 중 하나인 골프와 슬관절 치환물의 이완현상을 방사선학적으로 분석 하였으며 골프 활동의 패턴에 따른 임상증상을 분석하여 슬관절 전치환술 후 골프 활동에서 권장될 수 있는 지침 (guideline)을 제시하고자 하였다. 대상 및 방법: 2005년부터 2008년까지 본원에서 슬관절 전치환술을 시행 받고 3년 이상 추시 가능하였던 80명의 환자를 대상으로 하였다. 이중 골프 활동을 하는 40명의 환자와 레져스포츠 활동을 시행하지 않는 40명의 환자를 각각 실험군과 대조군으로 정하였으며 연구의 객관성을 위하여 BMI (body mass index)가 $25{\sim}30kg/m^2$이며, UCLA activity-level rating System score가 5~8점 범위인 환자로 연구 대상을 제한 하였다. American Knee Society Roentgenographic Evaluation and Scoring System을 이용하여 대퇴치환물 주위 7곳, 및 경골 치환물 주위 7곳, 슬개골 치환물 주위 5곳의 방사선 투과선의 두께를 측정하여 이를 합산하여 비교 하였다. 실험군의 경우 외래 추시시 설문조사와 전화를 통하여 1. 수술 후 골프활동의 복귀까지의 기간 2. 골프활동의 빈도 3. 경기중 스파이크화의 착용 및 카트(cart)의 이용유무에 따른 임상증상 즉 통증정도를 VAS (visual analogue scale)척도를 이용하여 분석 하였으며 핸디캡과 비거리의 변화 또한 조사하였다. 결과: 실험군에서의 방사선 점수는 합계 평균 0.8 이었으며 대조군에서는 합계 평균 0.6으로 실험군에서 높았으나 통계적 의의는 없었다(P=0.22). 골프 활동의 패턴에 관련 하여 3개월이내 조기 복귀한 경우와(p=0.01) 우측 보다는 좌측 슬관절 전치환술 환자군(p<0.01)에서 유의미한 VAS score 증가가 나타났다. 결론: 슬관절 전치환술 후 골프 활동과 방사선학적 치환물의 이완현상은 연관성을 찾을 수 없으며 슬관절 전치환술 후 3개월 이내 조기 복귀한 경우와 우측 보다는 좌측에서 통증 증가현상을 보여 환자에게 주의를 환기시킬 필요가 있다.

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진해만의 빈산소 수괴 형성에 관한 수치실험 (Numerical Simulation of the Formation of Oxygen Deficient Water-masses in Jinhae Bay)

  • 최우정;박청길;이석모
    • 한국수산과학회지
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    • 제27권4호
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    • pp.413-433
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    • 1994
  • 진해만은 빈산소로 인한 수산생물의 생산성 저하가 현저하다. 본 연구에서는 진해만의 수질환경개선 및 회복을 위해서 빈산소 수괴의 형성방지가 무엇보다도 중요하다고 생각되어 해수유동 및 물질순환 모델을 이용하여 빈산소 수괴 형성상태를 재현하였고, 주요 오염부하가 용존산소에 미치는 영향의 정도를 예측하여 어장환경 관리방안을 도출한 결과는 다음과 같다. 저층의 용존산소 농도분포는 수온 및 밀도성층과 밀접한 관계를 가지고 변동하였고 수온성층이 가장 강했던 $6{\sim}7$월에 양식어장이 밀집된 진해만 서부해역과 마산만 해역에서 2.0mg/l이하의 빈산소 수괴가 형성되었다. 해수유동 모델에 의한 $M_2$분조 계산결과 창조시 유향의 주류는 가덕수로를 통하여 서쪽으로 이동하였고 일부는 마산만으로 유입되었으며, 낙조시는 반대방향이었다. 최강유속은 가덕수로 부근에서 발생하였고 진동만, 고현성만, 원문만등의 진해만 서부해역과 마산만에서는 5cm/sec이하로 미약하였다. 항유는 만 중앙부와 칠천도 사이에서 반시계방향의 환유가 형성되는 것이 특징적이었으며, 마산만이나 당황만 입구 부근에서는 표층의 경우 남향의 흐름이 나타났고, 저층에서는 북향의 흐름이 형성 되었다. 물질순환 모델의 보정결과 상관성은 0.85이상을 보였고 상대오차는 $28\%$이하의 범위내에서 여름철의 빈산소 수괴를 재현하였다. 각종 오염부하가 용존산소에 미치는 영향의 정도와 범위를 시뮬레이션을 통하여 예측한 결과 SOD가 전지역에 걸쳐 가장 큰 영향을 나타내었고 ,마산만의 유입부하도 용존산소 분포에 큰 영향을 미쳤으나 마산만내 국한되어 나타났으며, 양식생물에 의한 부하는 영향도 적었고 진해만 서부해역에 국한되었다. 빈산소 수괴가 강하게 형성되는 마산만과 진해만 서부해역의 빈산소 수괴 형성방지를 위해 효율적인 오염저감 대책으로서 마산만의 경우 유입 COD부하와 SOD를 저감해야하며, 진해만 서부해역의 경우 SOD가 주가 되어야 함을 알 수 있었다. 회복시켜야 할 용존산소 농도를 해역II등급인 5.0mg/l의 농도를 유지시키기 위해서는 마산만의 경우 유입되는 COD 부하를 $50\%$, SOD를 $70\%$로 저감해야 하며, 진해만 서부해역의 경우 SOD를 $95\%$, 양식생물 오염부하를 $90\%$까지 저감해야 되는 것으로 나타났다.

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Structural Behavior of Mixed $LiMn_2O_4-LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ Cathode in Li-ion Cells during Electrochemical Cycling

  • 윤원섭;이상우
    • 한국재료학회:학술대회논문집
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    • 한국재료학회 2011년도 춘계학술발표대회
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    • pp.5-5
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    • 2011
  • The research and development of hybrid electric vehicle (HEV), plug-in hybrid electric vehicle (PHEV) and electric vehicle (EV) are intensified due to the energy crisis and environmental concerns. In order to meet the challenging requirements of powering HEV, PHEV and EV, the current lithium battery technology needs to be significantly improved in terms of the cost, safety, power and energy density, as well as the calendar and cycle life. One new technology being developed is the utilization of composite cathode by mixing two different types of insertion compounds [e.g., spinel $LiMn_2O_4$ and layered $LiMO_2$ (M=Ni, Co, and Mn)]. Recently, some studies on mixing two different types of cathode materials to make a composite cathode have been reported, which were aimed at reducing cost and improving self-discharge. Numata et al. reported that when stored in a sealed can together with electrolyte at $80^{\circ}C$ for 10 days, the concentrations of both HF and $Mn^{2+}$ were lower in the can containing $LiMn_2O_4$ blended with $LiNi_{0.8}Co_{0.2}O_2$ than that containing $LiMn_2O_4$ only. That reports clearly showed that this blending technique can prevent the decline in capacity caused by cycling or storage at elevated temperatures. However, not much work has been reported on the charge-discharge characteristics and related structural phase transitions for these composite cathodes. In this presentation, we will report our in situ x-ray diffraction studies on this mixed composite cathode material during charge-discharge cycling. The mixed cathodes were incorporated into in situ XRD cells with a Li foil anode, a Celgard separator, and a 1M $LiPF_6$ electrolyte in a 1 : 1 EC : DMC solvent (LP 30 from EM Industries, Inc.). For in situ XRD cell, Mylar windows were used as has been described in detail elsewhere. All of these in situ XRD spectra were collected on beam line X18A at National Synchrotron Light Source (NSLS) at Brookhaven National Laboratory using two different detectors. One is a conventional scintillation detector with data collection at 0.02 degree in two theta angle for each step. The other is a wide angle position sensitive detector (PSD). The wavelengths used were 1.1950 ${\AA}$ for the scintillation detector and 0.9999 A for the PSD. The newly installed PSD at beam line X18A of NSLS can collect XRD patterns as short as a few minutes covering $90^{\circ}$ of two theta angles simultaneously with good signal to noise ratio. It significantly reduced the data collection time for each scan, giving us a great advantage in studying the phase transition in real time. The two theta angles of all the XRD spectra presented in this paper have been recalculated and converted to corresponding angles for ${\lambda}=1.54\;{\AA}$, which is the wavelength of conventional x-ray tube source with Cu-$k{\alpha}$ radiation, for easy comparison with data in other literatures. The structural changes of the composite cathode made by mixing spinel $LiMn_2O_4$ and layered $Li-Ni_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ in 1 : 1 wt% in both Li-half and Li-ion cells during charge/discharge are studied by in situ XRD. During the first charge up to ~5.2 V vs. $Li/Li^+$, the in situ XRD spectra for the composite cathode in the Li-half cell track the structural changes of each component. At the early stage of charge, the lithium extraction takes place in the $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ component only. When the cell voltage reaches at ~4.0 V vs. $Li/Li^+$, lithium extraction from the spinel $LiMn_2O_4$ component starts and becomes the major contributor for the cell capacity due to the higher rate capability of $LiMn_2O_4$. When the voltage passed 4.3 V, the major structural changes are from the $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ component, while the $LiMn_2O_4$ component is almost unchanged. In the Li-ion cell using a MCMB anode and a composite cathode cycled between 2.5 V and 4.2 V, the structural changes are dominated by the spinel $LiMn_2O_4$ component, with much less changes in the layered $LiNi_{1/3}Co_{1/3}Mn_{1/3}O_2$ component, comparing with the Li-half cell results. These results give us valuable information about the structural changes relating to the contributions of each individual component to the cell capacity at certain charge/discharge state, which are helpful in designing and optimizing the composite cathode using spinel- and layered-type materials for Li-ion battery research. More detailed discussion will be presented at the meeting.

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