• 제목/요약/키워드: Oxygen reduction reaction

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휘발성 유기 화합물 및 암모니아 직접 연소를 통한 배기가스 특성 (Characteristics of Flue Gas Using Direct Combustion of VOC and Ammonia)

  • 김종수;최석천;정수화;목진성;김두범
    • 청정기술
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    • 제28권2호
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    • pp.131-137
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    • 2022
  • 현재 반도체 공정에서 다양한 by-product 및 미사용 가스가 배출되고 있다. 오염물질을 함유한 배기는 일반적으로 유기, 산, 알칼리, 열, 캐비넷 배기 등으로 분류하며, 각각의 배기 특성에 맞는 대기 방지설비에서 처리 후 배출된다. 유기 배기 물질로서 휘발성 유기 화합물(volatile organic compound, VOC)은 산소 함유 탄화수소, 유황 함유 계 탄화수소 및 휘발성 탄화수소를 총칭하는 물질이고, 알칼리 배기의 주요성분은 암모니아(NH3), 수산화테트라메틸암모늄(Tetramethylammonium hydroxide, TMAH)등이 있다. 본 연구의 목적은 유기와 알칼리 배기가스를 동시에 처리하기 위해 직접 연소 및 로 내 온도를 일정하게 유지하여 연소 특성 파악하고 NOX 저감률을 분석하고자 진행하였다. VOC는 Acetone, IPA(isopropyl alcohol), PGMEA(propylene glycol methyl ether acetate)을 사용하였으며, 알칼리 배기 대표 물질로는 암모니아를 사용하였다. 실험 변수로는 온도와 당량 비(equivalence ratio, ER)로 배기가스 특성을 살펴보았다. 물질별 단독 및 혼합 연소테스트를 진행하였다. VOC 단독 테스트 결과 당량 비 1.4 조건에서 완전 연소가 일어남을 확인하였다. 암모니아는 당량 비 감소에 따라 산소 및 질소산화물의 농도가 감소하였다. 혼합 연소 운전 결과 배기가스 조성 내 질소산화물의 대부분은 일산화질소였으며 이산화질소는 10 ppm 부근으로 검출되었다. 전체적으로 질소산화물의 농도는 반응온도가 증가하면서 산화반응이 활성화되어 감소하는 경향을 나타나지만 이산화탄소의 농도는 증가하는 경향을 확인하였다. 전기열원을 적용한 무 화염 연소 기술을 적용하였을 때 VOC 및 암모니아 연소가 원활하게 일어남으로써 현재 별도로 운전되는 유기 및 알칼리 배기 시스템보다 경제성 및 공간적인 측면에서 장점이 있다고 판단된다.

Field Studios of In-situ Aerobic Cometabolism of Chlorinated Aliphatic Hydrocarbons

  • Semprini, Lewts
    • 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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    • 한국지하수토양환경학회 2004년도 총회 및 춘계학술발표회
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    • pp.3-4
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    • 2004
  • Results will be presented from two field studies that evaluated the in-situ treatment of chlorinated aliphatic hydrocarbons (CAHs) using aerobic cometabolism. In the first study, a cometabolic air sparging (CAS) demonstration was conducted at McClellan Air Force Base (AFB), California, to treat chlorinated aliphatic hydrocarbons (CAHs) in groundwater using propane as the cometabolic substrate. A propane-biostimulated zone was sparged with a propane/air mixture and a control zone was sparged with air alone. Propane-utilizers were effectively stimulated in the saturated zone with repeated intermediate sparging of propane and air. Propane delivery, however, was not uniform, with propane mainly observed in down-gradient observation wells. Trichloroethene (TCE), cis-1, 2-dichloroethene (c-DCE), and dissolved oxygen (DO) concentration levels decreased in proportion with propane usage, with c-DCE decreasing more rapidly than TCE. The more rapid removal of c-DCE indicated biotransformation and not just physical removal by stripping. Propane utilization rates and rates of CAH removal slowed after three to four months of repeated propane additions, which coincided with tile depletion of nitrogen (as nitrate). Ammonia was then added to the propane/air mixture as a nitrogen source. After a six-month period between propane additions, rapid propane-utilization was observed. Nitrate was present due to groundwater flow into the treatment zone and/or by the oxidation of tile previously injected ammonia. In the propane-stimulated zone, c-DCE concentrations decreased below tile detection limit (1 $\mu$g/L), and TCE concentrations ranged from less than 5 $\mu$g/L to 30 $\mu$g/L, representing removals of 90 to 97%. In the air sparged control zone, TCE was removed at only two monitoring locations nearest the sparge-well, to concentrations of 15 $\mu$g/L and 60 $\mu$g/L. The responses indicate that stripping as well as biological treatment were responsible for the removal of contaminants in the biostimulated zone, with biostimulation enhancing removals to lower contaminant levels. As part of that study bacterial population shifts that occurred in the groundwater during CAS and air sparging control were evaluated by length heterogeneity polymerase chain reaction (LH-PCR) fragment analysis. The results showed that an organism(5) that had a fragment size of 385 base pairs (385 bp) was positively correlated with propane removal rates. The 385 bp fragment consisted of up to 83% of the total fragments in the analysis when propane removal rates peaked. A 16S rRNA clone library made from the bacteria sampled in propane sparged groundwater included clones of a TM7 division bacterium that had a 385bp LH-PCR fragment; no other bacterial species with this fragment size were detected. Both propane removal rates and the 385bp LH-PCR fragment decreased as nitrate levels in the groundwater decreased. In the second study the potential for bioaugmentation of a butane culture was evaluated in a series of field tests conducted at the Moffett Field Air Station in California. A butane-utilizing mixed culture that was effective in transforming 1, 1-dichloroethene (1, 1-DCE), 1, 1, 1-trichloroethane (1, 1, 1-TCA), and 1, 1-dichloroethane (1, 1-DCA) was added to the saturated zone at the test site. This mixture of contaminants was evaluated since they are often present as together as the result of 1, 1, 1-TCA contamination and the abiotic and biotic transformation of 1, 1, 1-TCA to 1, 1-DCE and 1, 1-DCA. Model simulations were performed prior to the initiation of the field study. The simulations were performed with a transport code that included processes for in-situ cometabolism, including microbial growth and decay, substrate and oxygen utilization, and the cometabolism of dual contaminants (1, 1-DCE and 1, 1, 1-TCA). Based on the results of detailed kinetic studies with the culture, cometabolic transformation kinetics were incorporated that butane mixed-inhibition on 1, 1-DCE and 1, 1, 1-TCA transformation, and competitive inhibition of 1, 1-DCE and 1, 1, 1-TCA on butane utilization. A transformation capacity term was also included in the model formation that results in cell loss due to contaminant transformation. Parameters for the model simulations were determined independently in kinetic studies with the butane-utilizing culture and through batch microcosm tests with groundwater and aquifer solids from the field test zone with the butane-utilizing culture added. In microcosm tests, the model simulated well the repetitive utilization of butane and cometabolism of 1.1, 1-TCA and 1, 1-DCE, as well as the transformation of 1, 1-DCE as it was repeatedly transformed at increased aqueous concentrations. Model simulations were then performed under the transport conditions of the field test to explore the effects of the bioaugmentation dose and the response of the system to tile biostimulation with alternating pulses of dissolved butane and oxygen in the presence of 1, 1-DCE (50 $\mu$g/L) and 1, 1, 1-TCA (250 $\mu$g/L). A uniform aquifer bioaugmentation dose of 0.5 mg/L of cells resulted in complete utilization of the butane 2-meters downgradient of the injection well within 200-hrs of bioaugmentation and butane addition. 1, 1-DCE was much more rapidly transformed than 1, 1, 1-TCA, and efficient 1, 1, 1-TCA removal occurred only after 1, 1-DCE and butane were decreased in concentration. The simulations demonstrated the strong inhibition of both 1, 1-DCE and butane on 1, 1, 1-TCA transformation, and the more rapid 1, 1-DCE transformation kinetics. Results of tile field demonstration indicated that bioaugmentation was successfully implemented; however it was difficult to maintain effective treatment for long periods of time (50 days or more). The demonstration showed that the bioaugmented experimental leg effectively transformed 1, 1-DCE and 1, 1-DCA, and was somewhat effective in transforming 1, 1, 1-TCA. The indigenous experimental leg treated in the same way as the bioaugmented leg was much less effective in treating the contaminant mixture. The best operating performance was achieved in the bioaugmented leg with about over 90%, 80%, 60 % removal for 1, 1-DCE, 1, 1-DCA, and 1, 1, 1-TCA, respectively. Molecular methods were used to track and enumerate the bioaugmented culture in the test zone. Real Time PCR analysis was used to on enumerate the bioaugmented culture. The results show higher numbers of the bioaugmented microorganisms were present in the treatment zone groundwater when the contaminants were being effective transformed. A decrease in these numbers was associated with a reduction in treatment performance. The results of the field tests indicated that although bioaugmentation can be successfully implemented, competition for the growth substrate (butane) by the indigenous microorganisms likely lead to the decrease in long-term performance.

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정량 PCR을 이용한 비위생 매립지의 특정 세균 및 효소 유전자와 수질인자와의 상관관계 평가 (Comparative Assessment of Specific Genes of Bacteria and Enzyme over Water Quality Parameters by Quantitative PCR in Uncontrolled Landfill)

  • 한지선;성은혜;박헌주;김창균
    • 대한환경공학회지
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    • 제29권8호
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    • pp.895-903
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    • 2007
  • 매립지를 직접 생태학적으로 모니터링하는 방법을 개발하고자, 매립지 내의 생화학적 반응에 관여하는 세균들과 효소의 양을 정량함과 동시에 지하수 수질인자와 상호 연관성을 조사하여 생태학적 인자와의 연계 이용 가능성을 평가하였다. 이를 위하여 4개의 매립 종료된 비위생 매립지(천안(C), 원주(W), 논산(N), 평택(P) 매립지)에서 계절별로 지하수 시료를 채취하였으며 동시에 16S rDNA 방법을 사용하여 미생물 다양성을 분석하였다. 이를 기반으로, 매립지에서 주로 발견되는 세균과 효소를 대표하는 유전자를 정량하기 위한 특이 프라이머 쌍을 제작하였으며 상관계수에 기초하여 수질인자와 유전자 지표 인자간의 정량적 관련성을 비교하였다. 그 결과 DSR(황환원 세균) gene과 BOD(생화학적 산소요구량)사이의 상관관계는 0.8 이상인데 반해 NSR(질산화 세균-Nitrospira sp.) gene과 질산성 질소는 0.9 이상이었다. 안정화지표(BOD/COD)와 MTOT(메탄 산화 세균), MCR(Methyl coenzyme M reductase), Dde(Dechloromonas denitrificans) gene들은 0.8 이상의 상관관계를 가졌으나 3가 철과 Fli(Ferribacterium limineticm) gene은 0.7로 낮았다. MTOT gene의 경우, BOD/COD과의 관련성이 100%에 가깝게 높았다. 또한, 혐기성 유전자들(nirS-아질산 환훤효소, MCR, Dde, DSR)과 DO 역시 0.8 이상으로 나타나 일반적인 매립지 혐기성 반응들이 DO에 크게 의존함을 보였다. 결론적으로 분자생물학적 조사와 수질인자가 높은 상호연관성이 있었으며 real-time PCR이 전통적인 모니터링 인자들과 동시에 상호 보완적으로 모니터링에 사용됨으로써 매립지안정화 및 주변 영향을 평가하는데 효율적으로 사용 될 수 있음을 알 수 있었다.

촉매 제조방법에 따른 Co-CeO2 촉매의 N2O 분해 특성 연구 (Effect of the Preparation Method on the Activity of CeO2-promoted Co3O4 Catalysts for N2O Decomposition)

  • 김혜정;김민재;이승재;유인수;이광복;전상구
    • 청정기술
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    • 제24권3호
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    • pp.198-205
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    • 2018
  • 본 연구는 $Co-CeO_2$ 촉매의 $N_2O$ 분해 반응에서 촉매의 제조 방법이 활성에 미치는 영향을 고찰하였다. $Co-CeO_2$ 촉매는 공침법(Co-precipitation)과 함침법(Incipient wetness impregnation)으로 제조하였다. 제조된 촉매의 성능을 평가하기 위하여 $N_2O$ 직접 촉매 분해(Direct catalytic $N_2O$ decomposition) 반응을 $250{\sim}375^{\circ}C$에서 실시하였다. 그 결과 공침법으로 제조된 촉매(CoCe-CP)는 $O_2$ 및/또는 $H_2O$의 존재 하에서도 $N_2O$ 분해 반응에서 향상된 성능을 보인 반면에 함침법으로 제조된 촉매(CoCe-IM)는 그렇지 못하였다. 이러한 촉매 활성의 차이를 조사하기 위하여 XRD, BET, TEM, $H_2-TPR$, $O_2-TPD$ 그리고 XPS와 같은 촉매 특성 분석들을 진행하였다. 촉매의 제조 방법에 따라서 입자의 크기 및 표면적이 변화하는 것을 확인하였고 합성 과정이 촉매의 물리적 특성에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 공침법으로 제조된 촉매의 활성 증가는 $Co^{3+}{\rightarrow}Co^{2+}$의 향상된 환원 특성 및 산소 탈착 속도 향상에 기인한 것으로 여겨진다. 하지만, $N_2O$ 분해와 관련이 있는 촉매의 표면 전하 상태 및 결합에너지는 제조 방법에 따라서 변하지 않는 것을 확인하였다.

전도성고분자, 티로시나아제 효소 및 이온성 액체 전해질을 융합한 전압전류법 기반의 비스페놀F 검출 센서 (Voltammetric Sensor Incorporated with Conductive Polymer, Tyrosinase, and Ionic Liquid Electrolyte for Bisphenol F)

  • 지성은;이상혁;이혜진
    • 공업화학
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    • 제34권3호
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    • pp.258-263
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    • 2023
  • 본 연구에서는 일회용 센서 칩으로 제작 가능한 스크린 프린팅된 탄소칩 전극(screen printed carbon electrode; SPCE) 표면에 전도성고분자 및 효소 티로시나아제(tyrosinase, Tyr)를 적층하여 전기화학적인 방법으로 남성 질환, 갑상선 질환 등과 연관성이 입증된 내분비계 교란 물질인 비스페놀F (bisphenol F, BPF) 검출에 적용하였다. 산소 플라즈마 처리를 통해 음전하를 띠게 한 SPCE 작업전극 표면에 양전하를 띄는 전도성 고분자인 poly(diallyldimethyl ammonium chloride) (PDDA)과 음전하를 띠는 고분자 화합물 poly(sodium 4-styrenesulfonate) (PSS) 그리고 PDDA 순서대로 정전기적인 인력으로 층을 쌓고, 최종적으로 pH (7.0)를 조절하여 음전하를 띄게 한 효소, Tyr층을 올려 PDDA-PSS-PDDA-Tyr 센서를 제작하였다. 상기 전극 센서를 기질이자 타겟분석물인 BPF 용액에 접촉하면, 전극 표면에서 Tyr 효소와 산화반응에 의해 4,4'-methylenebis(cyclohexa-3,5-diene-1,2-dione)가 생성되고, 순환전압전류법과 시차펄스전압전류법을 이용하여 생성물을 0.1 V (vs. Ag/AgCl)에서 환원하면 4,4'-methylenebis(benzene-1,2-diol)이 생성되면서 발생하는 피크 전류 값의 변화를 측정함으로써, BPF의 농도를 정량적으로 분석하였다. 또한, 기존에 많은 연구에서 사용되는 인산완충생리식염수를 대체할 수 있는 이온성 액체 전해질을 사용하여 BPF의 검출 성능 결과를 비교하였다. 또한 BPF와 유사한 구조를 갖는 방해물질로 작용하는 비스페놀S에 대한 선택성을 확인하였다. 마지막으로 실험실에서 준비한 실제 시료안의 BPF의 농도를 분석하는데 제작한 센서를 적용함으로써 센서의 실제 적용 가능성을 입증하고자 하였다.