• 대한환경공학회지
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• 제36권11호
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• pp.758-763
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• 2014

토양 내에서 유기성 오염물질은 혐기성 미생물에 의해 분해되지만 전자수용체의 부족으로 상당량이 토양에 잔류하게 된다. 토양미생물연료전지(soil microbial fuel cells, SMFC)는 전극을 통해 전자 소비를 증진시켜 유기물 분해를 촉진시키고 동시에 전력도 생산하기 때문에, 다양한 유기성 오염원으로 오염된 토양을 환경 친화적으로 복원시킬 수 있는 기술로서 많은 관심을 받고 있다. 본 연구에서는 전극간 거리와 전극 크기가 SMFC의 전기적 성능에 미치는 영향을 연구하였다. 유기물이 풍부한 토양과 인공폐수 혼합물을 이용하여 SMFC를 단일반응조로 구성하였다. SMFC에서 발생된 전력량은 전극간 거리가 멀어지거나 전극 크기가 작아질수록 내부저항이 증가하여 감소하였다. 전극 크기는 $64cm^2$로 고정하고 전극간 거리는 4~9 cm로 변화를 주었을 때, 전극간 거리가 4 cm 조건에서 최대전압 326 mV, 최대전력밀도 $19.5mW/m^2$가 얻어졌고 거리가 멀어질수록 전압발생량은 19~32% 감소하고 최대전력밀도는 56~69% 감소하는 것으로 나타났다. 전극 크기 변화 실험에서는 전극간 거리를 4 cm로 고정하고 전극 크기를 $16{\sim}64cm^2$로 변화를 주었다. 두 전극 크기가 $64cm^2$ 조건에서 최대전압 291 mV, 최대전력밀도 $0.34mW/m^3$로 측정되었으며 산화전극 크기가 작아지면, 최대전압은 19~29% 감소하였고, 환원전극의 경우는 3~12% 감소하였다. 최대전력밀도는 산화전극이 작아지면, 49~68% 감소하였고, 환원전극이 작아지는 경우에는 29~47% 감소하였다. SMFC는 인공폐수와 토양 혼합물질을 반응기 내부물질로 사용하기 때문에, 전자 및 이온전달속도가 느려 환원전극 크기에 비해 산화전극 크기에 더 많은 영향을 받는 것으로 판단된다.

• 청정기술
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• 제27권1호
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• pp.9-16
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• 2021

Active Matrix Organic Light-Emitting Diode (AMOLED) 봉지 공정은 수분과 산소에 매우 취약하기 때문에, 수분과 산소의 함량이 최소화된 고순도의 질소를 사용하여야 한다. 본 연구의 목적은 AMOLED 봉지 공정에 사용하는 질소에서 산소를 제거하기 위한 용도로 사용되는 구리계 촉매를 최적화하는 것이다. CuO, Al2O3, 또는 ZnO의 조성으로 이루어진 2성분계 및 3성분계 촉매를 공침법을 통해서 제조하였다. 제조된 촉매들을 BET, XRD, TPR, XRF의 분석장비를 활용하여 촉매의 특성을 분석하였다. 촉매의 산소 제거 성능을 확인하기 위해 고정층 반응기에서 촉매 산소 제거 반응 실험을 수행하고 산소 분석기를 통해 산소 함량을 측정하였다. 또한 사용된 촉매의 반복 재생을 통해 촉매의 재사용 성능을 검증하였다. CuO와 Al2O3 비율이 6 : 4, 7 : 3 및 8:2로 제조된 2 성분계 촉매의 특성과 산소 제거 능력을 비교하였다. CuO와 Al2O3의 비율이 8:2인 촉매의 환원성이 가장 높았는데, 이는 CuO의 분산도가 가장 높기 때문이다. 결과적으로, 2성분계 촉매 중에서 CuO와 Al2O3의 비율이 8 : 2 인 촉매의 산소 제거 능력이 가장 우수한 것으로 나타났다. CuO : Al2O3 의 비율이 8:2인 촉매에 ZnO를 2 wt% 넣어준 촉매가 3성분계 촉매 중에는 가장 우수한 산소제거 능력을 보였으며, 이는 뛰어난 환원성에 기인한다고 할 수 있다. 또한 이 촉매는 재생 실험을 통해서도 산소 제거능력이 유지된다는 것을 확인하였다.

• 한국재료학회지
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• 제5권1호
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• pp.42-54
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• 1995

$Ta_2O_5$박막은 고유전율의 특성으로 차세대 DRAM캐패시터 물질로 유망받고 있는 물질이다. 본 연구에서는 p-type(100)Si 웨이퍼 위에 열 MOCVD 방법으로 $Ta_2O_5$박막을 성장시켰으며 기판온도, 버블러 온도, 반응압력의 조업조건이 미치는 영향을 고찰하엿다. 증착된 박막은 SEM, XRD, XPS, FT-IR, AES, TEM, AFM을 이용하여 분석하였으며 질소나 산소 분위기의 furnace 열처리 (FA)와 RTA(Rapid Thermal Annealing)를 통하여 열처리 효과를 살펴보았다. 반응온도에 따른 증착속도는 300 ~ $400 ^{\circ}C$ 범위에서 18.46kcal/mol의 활성화 에너지를 가지는 표면반응 율속단계와 400 ~ $450^{\circ}C$ 범위에서 1.9kcal/mol의 활성화 에너지를 가지는 물질전단 율속단계로 구분되었다. 버블러 온도는 $140^{\circ}C$일때 최대의 증착속도를 보였다. 반응압력에 따른 증착속도는 3torr에서 최대의 증착속도를 보였으나 굴절율은 0.1-1torr사이에 $Ta_2O_5$의 bulk값과 비슷한 2.1정도의 양호한 값이 얻어졌다. $400^{\circ}C$에서 층덮힘은 85.71%로 매우 양호하게 나타났으며 몬테카를로법에 의한 전산모사 결과와의 비교에 의해서 부착계수는 0.06으로 나타났다. FT-IR, AES, TEM 분석결과에 의하여 Si와 $Ta_2O_5$ 박막 계면의 산화막 두께는 FA-$O_{2}$ > RTA-$O_{2}$ ~ FA-$N_{2}$ > RTA-$N_{2}$ 순으로 성장하였다. 하지만 질소분위기에서 열처리한 박막은 산소분위기의 열처리경우에 비해 박막내의 산소성분의 부족으로 인한 그레인 사이의 결함이 많이 관찰되었다.

• 대한환경공학회지
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• 제33권2호
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• pp.77-84
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• 2011

본 연구에서는 부착/부유 미생물 혼재형 RBC (Rotating Biological Contactor)와 BAF (Biological Aerated Filter) 공정이 가지는 각각의 장점을 조합한 호기성 생물막 처리 시스템을 고안하여 고농도 도축폐수의 처리 특성을 평가하였다. 본 공정은 상당량의 부유 미생물이 함께 있는 RBC와 침전지 그리고 BAF 공정 순으로 구성되었다. 첫 번째 공정인 RBC와 침전지에서는 유기물의 산화, 질소의 질산화/탈질 및 부유물질의 제거가 이루어지며, 후속 공정인 BAF에서는 일부 제거되지 않은 유기물과 질소의 산화 및 부유물질의 여과가 이루어진다. 돈까스 소스(시판용)와 돼지피을 이용하여 모사한 고농도 도축폐수(TCOD $5.2{\sim}40.4g/m^2{\cdot}d$, TN $0.44{\sim}4.17g/m^2{\cdot}d$)의 처리 특성을 평가한 결과, 침전지를 포함한 RBC 공정에서 Soluble COD와 $NH_3-N$의 평균 제거율은 각각 90%와 82% 이상으로 양호하였으나 TCOD와 TN은 Suspended Solid (SS)의 대량 유출과 돼지피에서 기인한 콜로이드 물질 생성 때문에 각각 60%와 69%의 다소 낮은 제거율을 보였다. 후속 공정인 BAF가 잔존 TCOD와 TN을 제거하는 생물 반응조의 역할과 SS를 제거하는 여과기의 역할을 충분히 수행해 약 100 mg/L의 TCOD와 약 140 mg/L의 SS 추가 제거가 가능하였으나, 처리수질은 TCOD 300 mg/L, SS 180 mg/L 그리고 TN 53 mg/L로 상당히 높았다. RBC 유출수에 Polyaluminium Chloride를 투입한 결과, 침전성이 크게 향상되어 RBC+침전지 공정 유출수의 TCOD와 TN은 각각 93.8%, 25.6%의 제거율을 보였으며, BAF 유출수 수질은 TCOD 16.5 mg/L, SS 0 mg/L, NH3-N 12.0 mg/L, TP 1.3 mg/L로 우수하였다. 따라서 별도의 추가 처리공정 없이 본 연구에서 고안한 RBC+BAF 조합공정에 의한 처리만으로 고농도 도축폐수를 성공적으로 처리할 수 있었다.

• 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.

• 청정기술
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• 제20권4호
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• pp.375-382
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• 2014

금속산화물이 담지된 허니컴 형상의 플라즈마-촉매 반응기를 이용하여 아이소프로필 알코올(isopropyl alcohol, IPA) 저감 및 부산물 생성 거동에 대해 조사하였다. 허니컴 형상의 다공질 세라믹 지지체(주성분: ${\alpha}-Al_2O_3$)에 금속산화물로 산화철($Fe_2O_3$) 또는 산화구리(CuO)를 담지시킨 후, 이 촉매가 동축 원통형 전극구조 내부에 위치하도록 플라즈마-촉매 반응기를 구성하였다. 플라즈마 반응에 의한 IPA 분해속도가 매우 빨랐기 때문에 IPA 분해효율 자체는 금속산화물 담지 여부 및 금속산화물 종류에 관계없이 유사한 것으로 나타났으나, 부산물 생성거동은 촉매종류에 따라 큰 차이를 보여주었다. 아세톤, 폼알데하이드, 아세트알데하이드, 메테인, 일산화탄소 등의 유해 부산물 농도는 $Fe_2O_3/{\alpha}-Al_2O_3$ < $CuO/{\alpha}-Al_2O_3$ < ${\alpha}-Al_2O_3$ 순으로 높게 나타났다. 유량 $1L\;min^{-1}$, IPA 초기농도 5,000 ppm(산소: 10%), 방전전력 47 W의 조건에서 얻어진 $CO_2$ 선택도는 ${\alpha}-Al_2O_3$, $CuO/{\alpha}-Al_2O_3$, $Fe_2O_3/{\alpha}-Al_2O_3$에 대해 각각 40, 80, 95%로서 $Fe_2O_3/{\alpha}-Al_2O_3$가 플라즈마-촉매를 이용한 IPA의 산화에 가장 효과적인 것으로 나타났다. 플라즈마를 단독으로 사용하여 휘발성유기화합물을 분해할 경우 타르형태의 생성물이 반응기에 퇴적되는 문제점이 있으나, 플라즈마-촉매 공정에서는 이러한 현상이 관찰되지 않았으며 촉매의 활성이 그대로 유지되었다.

• 대한환경공학회지
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• 제22권6호
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• pp.1093-1101
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• 2000

본연구의 목적은 국내의 기존 하 폐수처리장에 생물막을 적용하여 BNR공정으로 전환 및 개조하거나 생물막 공법을 적용한 BNR공정을 3차 처리로 적용할 수 있는 새로운 공정을 개발하는 데 있다. 우리 나라 하수의 $SCOD_{cr}/T-N(NH_4{^+}-N+NOx-N) $ 비는 다른 나라에 비하여 상대적으로 낮기 때문에 완전한 탈질화를 얻기 위해서는 외부탄소원을 반드시 공급해야만 한다. 본 연구에서의 $SCOD_{cr}/NH_4{^+}-N$비는 2.49이었으며, 실험기간 동안 유입수 $NH_4{^+}-N$농도는 25에서 37 mg/L로 변화되었다. 하수처리시 질소제거능을 향상시키기 위하여 R-1(무산소/중간침전조/호기성/무산소/호기성)과 R-2(호기성/중간침전조/무산소/무산소/호기성)의 생물막을 이용하는 두 공정을 적용하였다. 외부탄소원을 투여하지 않은 조건에서 $NH_4{^+}-N$와 T-N의 유출수질과 제거효율은 R-1공정이 R-2공정에 비하여 하수로부터 질소제거에 보다 적절한 것으로 평가되었다. 무산소 반응조의 $SCOD_{cr}/NOx-N$비와 T-N제거효율을 고려하였을 때, R-1공정이 원하수내 유기물질의 분배에 있어서 더 효과적인 것으로 사료되었다. R-1 공정과 R-2공정에서 1 g의 $NH_4{^+}-N$를 제거하는데 요구되는 알칼리도는 R-1과 R-2 각각 5.18과 5.76(g $CaCO_3/g$ removed $NH_4{^+}-N$)이었으며, 이는 활성슬러지 BNR공정에 비하여 낮았다.

• 대한환경공학회지
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• 제33권1호
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• pp.25-31
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• 2011

본 연구에서는 하수처리공정의 유출 수질을 안정적인 유지하기 위하여, 유입수 패턴을 이용한 모델 기반 $NH_4-N$ 예측 제어 알고리즘을 개발하고 $A^2/O$ 공정을 대상으로 적용 및 평가하였다. 평가에 사용된 자료는 B 시 S 하수처리장에 위치한 pilot 규모의 $A^2/O$ 공정 운전자료를 사용하였다. 생물학적 반응조를 모사하기 위해 수정된 ASM3+bio-P 모델(Lee, 2003)을 사용하였고, 침전조 농도 거동 모사를 위해 일차원 이중 지수 함수 모델(Takacs et al., 1991)을 사용하였다. 유입수 패턴을 이용하여 하루 뒤 유출수 $NH_4-N$ 농도를 예측하고, 사전 작성된 $NH_4-N$ 제어 schedule을 사용하여 pilot plant의 호기조 DO를 조절하는 제어 로직을 적용하였다. 제어 적용성을 평가하기 위해 제어를 적용하지 않은 경우와 적용한 경우를 비교하였고, 계절적 영향을 알아보기 위해 여름철과 겨울철에 $NH_4-N$ 제어 schedule을 적용한 실험을 하였다. 여름철 및 겨울철 모두 제어를 적용하지 않은 경우 수질기준을 초과하는 사례가 발생하였지만, 제어를 적용한 경우 목표수질 이내의 안정적인 유출수질이 방출됨을 확인하였다. 제어를 적용하지 않은 경우에 비교해서, 예측 제어를 적용한 경우에는 송풍기의 RPM이 약 9.1% 증가하였고, 유출수의 $NH_4-N$ 농도는 약 45.2% 감소하였다. 이를 통해 본 연구에서 개발된 유출수 $NH_4-N$ 예측 제어 알고리즘 적용으로 인한 운영비용 증가 대비 수질 개선 효과가 크게 나타났기 때문에, 안정적인 유출수 확보를 위한 측면에서 효율적인 제어기법으로 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제31권3호
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• pp.179-185
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• 2009

본 연구에서는 알루미늄 산화물을 함유한 재생 분말 폐기물에 의한 Cr(VI)의 제거특성을 조사하였다. 가공하지 않은 폐기물의 유기물을 제거하기 위해 $550^{\circ}C$에서 소성하여 재생 분말 폐기물(RPW)을 준비하였다. 수용액 상에서 Cr(VI)의 흡착 경향에 관한 연구를 위해 회분식 반응장치를 이용하여 pH 변화, 흡착 속도, 등온 흡착 실험을 4가지 다른 이온세기 화학종($NO_3\;^-,\;CO_3\;^{2-},\;SO_4\;^{2-},\;PO_4\;^{3-}$)의 존재 하에서 수행하였다. $SO_4\;^{2-}$와 $PO_4\;^{3-}$가 존재할 때는 전체 pH 범위에서 크롬의 흡착이 크게 감소하였다. 반면 $NO_3\;^-$와 $CO_3\;^{2-}$에 의한 흡착 방해의 영향은 $SO_4\;^{2-}$와 $PO_4\;^{3-}$에 의한 것보다 상대적으로 낮았다. $NO_3\;^-$와 $CO_3\;^{2-}$의 존재 하에 Cr(VI) 흡착은 pH 4.5에서 최대로 나타났다. 이온세기 화학종의 농도가 증가함에 따라 Cr(VI)의 흡착은 감소하였다. 이러한 결과를 토대로 할때 RPW와 Cr(VI) 사이의 흡착은 외부배위권 착물을 통하여 발생되는 것으로 사료된다. RPW에 의한 Cr(VI)의 흡착은 2차 반응으로 잘 표현되었다. Langmuir 등온흡착식을 이용하여 pH 3에서 RPW에 의한 Cr(VI)의 최대 흡착량을 구한결과 $NO_3\;^-,\;CO_3\;^{2-},\;SO_4\;^{2-},\;PO_4\;^{3-}$가 이온세기 화학종으로 있을 때 각각 11.1, 10, 3.33, 5 mg/g으로 얻어졌다.

• 한국응용과학기술학회지
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• 제38권6호
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• pp.1687-1698
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• 2021

이 연구는 열역학적으로 불안정한 활성성분을 안정하게 봉입하기위해 초임계 상태에서 다중층의 리포좀을 생성하고 유효성분을 봉입하는 것에 관한 것이다. 초임계 상태에서 원활하게 리포좀을 형성시키기 위하여 식물성유래의 하이드로제네이티드 포스파티딜콜린과 그 유도체, 하이드로제네이티드 수크로오스다이스테아레이트를 포함하는 혼합 계면활성제를 고순도로 합성하였다. 이것을 반응조에 이산화탄소를 주입하여 초임계상태를 만들고 교반함으로써 거대 리포좀을 생성시키고, 여기에 제니스테인(genistein)과 쿼세틴(quercetin)을 첨가하여 봉입하는 제조방법에 대하여 기술하였다. 혼합지질계면활성제(SC-Lipid Complex)의 HLB는 12.50이었으며, 아주 낮은 농도에서도 다중층의 리포좀 소포체가 형성되었다. 이 계면활성제의 외관은 엷은 황색의 페이스트로 특이취가 있었으며, 비중은 0.972이었고, 산가는 0.12로 고순도로 합성이 되었음을 알 수 있었다. SC-Lipid Complex를 사용하여 20 wt%의 카플릭/카프릭 트리글리세라이드와 트리에칠헥사노인을 사용한 유화력 실험결과 96.2 %의 유화력을 가지고 있음을 알 수 있었다. 제니스테인을 봉입한 초임계 리포좀에 대하여 투과전자현미경(Cryo-TEM)을 통해 다중층의 리포좀 소포체가 형성되었다는 것을 확인하였다. 제니스테인이 봉입된 1차 리포좀화한 입자 크기는 253.9 nm이었고, 2차 캡슐의 크기는 18.2 ㎛ 이었다. 제니스테인을 표준물질로 하여 초임계 상태 리포좀의 봉입효율은 99.5 %이었고, 일반적인 리포좀은 93.6 %의 효율을 가지는 것으로 나타났다. 또한 쿼세틴을 봉입한 항산화력 실험은 DPPH법으로 확인한 결과 초임계리포좀에서 유의성 있게 우수한 항산화력을 유지하고 있음을 알 수 있었다. 이러한 결과를 바탕으로 효과는 우수하나 열역학적으로 불안정한 원료를 유기용매를 사용하지 않고 초임계 상태에서 리포좀에 봉입하고, 고기능성의 스킨케어 화장품, 메이크업 화장품, 두피보호용 화장품 등 다양한 제형에 응용이 가능할 것으로 기대한다.