• 제목/요약/키워드: Physicochemical analysis

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분질배유를 지니는 흑미, '아로마티'의 주요 농업형질 및 가공적성 평가 (Agronomic and End-use Quality Analysis of 'AromaT', a Black Rice (Oryza Sativa L.) Variety with Floury Endosperm)

  • 하수경;모영준;정종민;이현숙;김진희;서우덕;정지웅
    • 한국작물학회지
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    • 제67권1호
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    • pp.9-16
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    • 2022
  • 흑미에서 생합성되는 안토시아닌에 대한 관심이 높아지고 있고, 환경 및 제분비용이 낮은 건식제분 쌀가루의 장점이 부각되고 있다. 이에 따라 국립식량과학원에서는 분질배유를 지녀 건식제분에 적합한 벼 '수원542호'에 흑미인 '흑진주'를 교배한 '아로마티'를 개발하였고, 2019년 특허 출원하였다(Ha et al., 2019). 2019년 국립식량과학원 작물육종과 포장에서 재배된 '아로마티'의 재배시기별 주요 농업형질, 분질배유 및 건식제분 적합성을 연구한 주요 결과는 다음과 같다. 1. '아로마티'는 남부지방에서 이모작 또는 만기재배에 적합하다. 이모작 및 만기재배에서 '아로마티'의 출수기는 각 8월 14일 및 8월 26일으로써 부본인 '흑진주'보다 늦었다. '아로마티'와 '흑진주' 현미수량성은 보통기 재배보다 이모작 재배와 만기재배에서 격차가 더 컸다. '아로마티'의 안토시아닌 성분과 향기성분인 2AP 함량은 만기재배에서 유리하다. 따라서 '아로마티'는 '흑진주'에 비해 남부지방에서의 이모작 및 만기재배 환경에 더 적합할 것으로 판단된다. 2. '아로마티'의 분질배유는 모본인 '수원542호'에서 유래되었다고 유전적으로 규명하였다. '수원542호'의 분질배유는 5번염색체에 존재하는 열성 단인자 'flo7'에 의해 결정되고, 분질배유 유전자인 cyOsPPDK 유전자의 ORF 내 8번 Exon에 존재하는 SNP의 서열이 G에서 A로 치환되었다고 보고되었다. 해당 영역의 '아로마티'의 SNP 서열은 '수원542호'와 동일하게 G에서 A로 치환되었다. 또한, '아로마티'에서는 '수원542호'와 동일한 'Adenine' 염기가 확인되었고, '흑진주'에서는 'Guanine' 염기가 확인됨을 알 수 있었다. 따라서 '아로마티'의 분질배유는 '수원542호'에서 유래되었음을 유전적으로 확인할 수 있었다. 3. '아로마티'가 '흑진주'보다 등숙기간의 저온 및 고온 적응력이 더 우수하다. '아로마티'의 안토시아닌 함량은 모든 재배조건에서 '흑진주'보다 높게 생합성되기 때문이다. 특히, 만기재배에 생산된 '아로마티'는 부본인 '흑진주'보다 열수처리를 통해 용출되는 안토시아닌 함량도 높았고, 구수한 향을 발산하는 2AP의 함량이 높으므로 음용이 간단한 흑미차 소재로 활용가치를 확인하였다. 4. '아로마티'는 건식 흑미가루 생산에 적합하다. '아로마티'는 분질배유를 지니었기에, 가루로 제조할 경우 입도가 곱고, 손상전분이 낮다. 따라서 '아로마티'는 다양한 쌀 가공품 소재로 활용가능성이 높은 건식 흑미가루 생산에 적합할 것으로 판단된다. 5. 이상의 결과로 '아로마티'는 분질배유를 지니는 흑미이자 향이 존재하는 점을 고려할 때, 고품질 흑미가루 및 현미차 등으로 활용하여 쌀가공산업에 신소재로써 가치가 높다고 판단된다.

노니와 해죽순 급이가 흰점박이꽃무지 유충에 미치는 물리화학적 특성 (Physicochemical Properties of Protaetia brevitarsis sinulensis Larvae Reared with Feed Including Noni and Nipa Palm)

  • 김삼웅;제경민;김둘남;김태완;방규호;지원재;방우영;김장현;양철웅;김일석
    • 생명과학회지
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    • 제32권10호
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    • pp.784-791
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    • 2022
  • 본 연구는 노니와 해죽순을 혼합 급여하였을 때 흰점박이꽃무지유충(꽃벵이)에 미치는 물리화학적 변화를 관찰하기 위해 수행되었다. 노니와 해죽순을 복합 급여 시 꽃벵이 절식 동안에 사멸율, 수율 등을 개선하는 것으로 나타났다. 건조굼벵이 분말의 처리구에서 pH는 소량 증가하였으며, 명도가 증가되는 반면에, 적색도는 감소되는 것으로 나타났다. 일반성분 분석에서 지방이 약간 증가되었지만, 단백질 및 탄수화물은 유사한 것으로 관찰되었다. 처리구에 미네랄 함량은 전반적으로 상승되었으며, 특히 칼륨이 매우 높게 관찰되었다. 처리구에서 총구조아미노산은 감소된 반면에, 총유리아미노산은 증가되어 상반되는 결과를 보였다. 처리구에 구조아미노산들은 전반적으로 감소되는 경향성을 보였다. 그러나 유리아미노산은 특이적인 경향성을 보이지 않았고, 각 성분별 다른 결과를 보였다. 유리아미노산 중 트립토판, 포스포-세린, 메틸-히스티딘은 높게 증가한 반면에, 트레오닌, 메티오닌, 아스파라긴 등은 높은 감소를 보였다. 처리구에서 총포화지방산은 증가되었지만, 일가 및 다가불포화지방산은 감소되었다. 포화지방산 중에서 Heptadecanoic acid (C17:0)가 특이적으로 증가했다. 다른 한편으로 다가불포화지방산 중에서 오메가-3계열인 cis-5,8,11,14,17-Eicosapentaenoic acid (C20:5n3)가 약간 상승되는 경향성을 보였지만, 오메가-6계열은 감소되었다. 따라서 본 연구에서 미네랄, 총유리아미노산, 오메가-3 계열 지방산 등이 증가되었기 때문에, 노니와 해죽순 복합급여 사료는 기능성 증진 물질 생산을 위한 먹이원으로써 활용가능성이 있는 것으로 제의된다.

약용식물 상동나무 자생지 생육환경 특성과 식생구조 (Growing Environment Characteristics and Vegetational Structure of Sageretia thea, Medicinal Plant)

  • 손용환;손호준;박광훈;이동환;조혜정;이선영;김현준
    • 한국자원식물학회지
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    • 제35권5호
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    • pp.594-606
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    • 2022
  • 본 연구는 국내에 자생하는 상동나무 4지역 15조사구를 대상으로 입지환경과 식생 구조를 분석하여 상동나무의 생육에 적합한 생물·비생물적 요소를 구명하여 합리적인 보존 및 증식에 관한 자료로 활용하고자 수행하였다. 상동나무 자생지는 온·난대 상록활엽수림에 속하며 해발고 0~370 m, 경사 3~35°로 확인되었다. 군집구조는 곰의말채나무, 곰솔-녹나무, 후박나무, 곰솔 군집으로 구분되었다. 종다양성지수는(H') 1.397~1.455, 균등도(J') 0.972~0.986으로 나타났으며, 우점도(D)는 0.014~0.028로 다양한 종이 경쟁 관계를 가지는 안정적인 임분으로 나타났다. 토양이화학성 분석 결과, 토성은 모래의 비율이 높은 사양토, 사질양토에서 자생하였고, 이화학적 특성은 pH 5.28~5.98로 약산성으로 나타났으며, 유기물함량(OM) 13.33~19.33 cmol+/kg, 전질소함량(TN) 0.34~0.97%, 유효인산(P2O5) 86.19~510.03 mg/kg, 전기전도도(EC) 0.22~63 ds/m, 양이온치환용량(CEC) 및 치환성양이온(Ex. C)은 Ca2+ > Mg2+ > K+ > Na+ 순으로 일반적인 산림토양 대비 비옥도가 높은 토양에서 자생하는 것으로 나타났다. NMS 분석 결과, 상동나무의 군집구조와 환경요인과의 상관관계는 해발고, 전기전도도(EC), 양이온치환용량(CEC), 치환성 Na+이 주요 요인으로 나타났다. 본 연구 결과는 상동나무의 자생지 보존과 산업화 활용을 위한 대량생산 연구에 유용한 정보로 활용이 기대된다.

AI 기법을 활용한 정수장 수질예측에 관한 연구 (Study on water quality prediction in water treatment plants using AI techniques)

  • 이승민;강유진;송진우;김주환;김형수;김수전
    • 한국수자원학회논문집
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    • 제57권3호
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    • pp.151-164
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    • 2024
  • 상수도 공급을 위한 정수장에서 전염소 또는 중염소 공정이 도입된 수처리 공정의 염소농도 관리에 필요한 공정제어를 위하여 AI 기술을 활용한 수질예측 기법이 연구되고 있다. 본 연구에서는 정수장 수처리 공정에서 실시간으로 관측, 생산되고 있는 수량·수질자료를 이용하여 염소소독 공정제어 자동화를 목적으로 침전지 후단의 잔류염소 농도를 예측하기 위한 AI 기반 예측모형을 개발하였다. AI 기반 예측모형은 과거 수질 관측자료를 학습하여 이후 시점의 수질에 대한 예측이 가능한 기법으로, 복잡한 물리·화학·생물학적 수질모형과 달리 간단하고 효율적이다. 다중회귀 모형과 AI 기반 모형인 랜덤포레스트와 LSTM을 이용하여 정수장의 침전지 후단 잔류염소 농도를 예측하여 비교하였다. 최적의 잔류염소 농도 예측을 위한 AI 모형의 입출력 구조로는 침전지 전단의 잔류염소 농도, 침전지 탁도, pH, 수온, 전기전도도, 원수의 유입량, 알칼리도, NH3 등을 독립변수로, 예측하고자 하는 침전지 유출수의 잔류염소 농도를 종속변수로 선정하였다. 독립변수는 침전지 후단의 잔류염소에 영향이 있는 정수장에서 확보가 가능한 관측자료중에서 분석을 통해 선별하였으며, 분석 결과 연구대상 정수장인 정수장에서는 중회귀모형, 신경망모형, 모델트리 및 랜덤포레스트 모형을 비교한 결과 랜덤포레스트에 기반한 모형오차가 가장 낮게 도출되는 결과를 얻을 수 있었다. 본 연구에서 제시하는 침전지 후단의 적정 잔류염소 농도 예측값은 이전 처리단계에서 염소주입량의 실시간 제어가 가능토록 할 수 있어 수처리 효율 향상과 약품비 절감에 도움이 될 것으로 기대된다.

보길도(甫吉島) 붉가시나무림(林)의 군락생태학적(群落生態學的) 연구(硏究) (Community Ecological Study on the Quercus acuta Forests in Bogildo-Island)

  • 김종영;이정석;오광인;장석기;박진홍
    • 한국산림과학회지
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    • 제89권5호
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    • pp.618-629
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    • 2000
  • 난대림(暖帶林) 육림(育林)에 필요한 기초 자료를 제공(提供)하고자 붉가시나무군락(群落)이 가장 발달되어 있는 보길도(甫吉島)에서 1998년 7월부터 1998년 10월에 걸쳐 붉가시나무가 우점(擾古)하는 임분(林分)을 대상으로 군락생태(群落生態)를 조사하였으며, 본 연구(硏究)에 의해 얻어진 결과(結果)는 다음과 같다. 1. 붉가시나무군락지(群落地)의 종구성(種構成)은 54과(科) 91속(屬) 113종(種) 9변종(變種) 1품종(品種) 등 모두 123종류(種類)가 출현(出現)하였고, 이중 상록성(常綠性) 식물종(植物種)은 모두 45종(種)이었으며, 모든 조사구(調査區)에서 공통(共通)으로 출현(出現)한 종(種)으로는 동백나무, 광나무, 사스레피나무, 청미래덩굴, 마삭줄 및 그늘사초의 6종(種)이었고, 생달나무, 자금우, 보춘화, 족제비고사리, 덜꿩나무 등 5종(種)의 출현빈도(出現頻度)가 80% 이상으로 가장 높게 나타났다. 2. 임관(林冠) 상층(上層)의 교목층(喬木層) 식피율(植被率)은 85% 이상으로 붉가시나무, 잣밤나무류(類), 참가시나무, 곰솔, 산벚나무의 순(順)으로, 아교목층(亞喬木層)에서는 동백나무, 광나무, 붉가시나무, 사스레피나무, 잣밤나무류(類)의 순(順)으로, 하층(下層)의 관목층(灌木層) 식피율(植被率)은 20% 내외로 동백나무, 광나무, 청미래덩굴, 생달나무, 덜꿩나무의 순(順)으로, 초본층(草本層)에서는 마삭줄, 자금우, 그늘사초, 동백나무(치수(稚樹)), 붉가시나무(치수(稚樹))의 순(順)으로 각각 중요치(重要値)가 높게 나타났다. 3. 붉가시나무군락(群落)은 평균(平均) 토양산도(土壤酸度)(pH) 5.00, 평균(平均) 유기물함량(有機物含量) 6.42%인 토양환경에서 군락이 발달하고 있었으며, 본(本) 도(島)의 남사면(南斜面), 서사면(西斜面), 북사면(北斜面) 및 동사면(東斜面)의 분포(分布) 순(順)으로 생장(生長)이 양호하게 나타난 것으로 보아 양수(陽樹)의 특성(特性)을 갖고있는 것으로 사료(思料)된다. 4. 임내(林內)의 평균(平均) 상대조도(相對照度)(RI)는 0.89%로서 미명(未明)의 상태를 유지하고 있는 것으로 나타났는데, 이는 붉가시나무의 엽면적(葉面積)이 다른 상록활엽수(常綠闊葉樹)들에 비해 크고, 분지(分技)된 맹아(萌芽)의 발달로 임관(林冠) 상층(上層)의 피복율(被覆率) 높아짐에 따라 임내(林內) 수광량(受光量)이 현저히 낮아져 나타난 결과이며, 지표층(地表層) 식생(植生)의 분포(分布)를 결정하는 가장 중요한 요인(要因)으로 작용하고 있는 것으로 사료(思料)된다. 5. 군락(群落) 내(內) 붉가시나무의 흉고직경(胸高直徑) 분포(分布)를 분석한 결과 교목층(喬木層), 아교목층(亞喬木層)모두 역J자형(逆J字形)의 분포(分布)를 보이고 있어 군락의 유지가능성(維持可能性)이 불투명(不透明)한 것으로 판단(判斷)된다. 6. 붉가시나무의 연륜폭(年輪幅)을 분석한 결과 년평균(年平均) 직경생장량(直徑生長量)은 2.44mm로, 맹아지(萌芽枝)의 발생초기(發生初期)인 1~12년 사이에는 완만하게 생장(2.04mm)하다 맹아지가 임관(林冠) 상층(上層)에 도달하는 13년 이후부터 22년까지 가장 높은 생장량(2.95mm)을 기록하였고, 이후부터는 생장량이 완만하게 감소(減少)하거나 정체(停滯)되는 경향(2.41mm)을 나타냈다.

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백운산(白雲山) 성숙활엽수림(成熟闊葉樹林) 개벌수확지(皆伐收穫地)에서 벌출직후(伐出直後)의 환경변화(環境變化) (Environmental Changes after Timber Harvesting in (Mt.) Paekunsan)

  • 박재현
    • 한국산림과학회지
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    • 제84권4호
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    • pp.465-478
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    • 1995
  • 이 연구(硏究)는 성숙활엽수림(成熟闊葉樹林) 개벌수확지(皆伐收種地)에서 벌채(伐採)로 인한 산림환경변화량(山林環境變化量)을 조사하여 산림환경(山林環境)을 구성(構成)하는 인자들에 미치는 벌출(伐出)의 영향을 정량적(定量的)으로 분석(分析)함으로써, 산림환경(山林環境)에 미치는 임목수확작업(林木收穫作業)의 영향(影響)을 구명(究明)할 목적으로 1993년부터 1994년까지 전남(全南) 광양(光陽) 백운산(白雲山) 지역(地域) 천연활엽수림(天然闊葉樹林) 벌채지(伐採地)(서울대학교(大學校) 농업생명과학대학(農業生命科學大學) 부속(附屬) 남부연습림내(南部演習林內) 제(第) 26임반(林班))에서 수행되었다. 이 연구를 위하여 1993년에 벌채한 13ha의 벌채지(伐採地)와 이와 연접한 비벌채지(非伐採地), 그리고 벌채지(伐採地)에 개설(開設)한 약 2.6km의 운재로(運材路)를 조사(調査) 연구대상지(硏究對象地)로 선정하였다. 이 연구지(硏究地)에서 1993년부터 1994년까지 식생(植生), 토양미소동물(土壤微小動物), 강수량(降水量), 토양(土壤)의 이화학성분(理化學成分), 표면유출수량(表面流出水量), 계류수질(溪流水質), 산지사면(山地斜面) 침식량(侵蝕量) 등을 측정(測定) 분석(分析)하여 얻은 결과(結果)를 요약(要約)하면 다음과 같다. 벌채후(伐採後) 2년간 하층식생(下層植生)의 종수(種數)와 종다양도지수(種多樣度指數)는 증가하였으며, 종구성 상태는 비벌채지(非伐採地)와 상이(相異)하였다. 또한, 벌채지(伐採地) 토양(土壤)에서 용적밀도(容積密度)와 토양경도(土壤硬度)는 증가(增價)하였으며, 이 기간(期間) 동안 벌채지(伐採地)에서 토양유기물(土壤有機物), 전질소(全窒素), 유효인산(有效燐酸), 양이온치환용량(置換容量), 치환성(置換性)이온인 ($K^+$, $Na^+$, $Ca^{{+}{+}}$, $Mg^{{+}{+}}$ 등은 벌채전(伐採前)보다 감소하여 토양의 완충능력(緩衝能力)은 감소하는 것으로 해석(解析)되었다. 벌채지(伐採地)의 토양미소동물중(土壤微小動物中) 톡톡이류나 응애류의 개체수(個體數)는 비벌채지(非伐採地)보다 당년도에 평균(平均) 5배 증가하였다. 반면, 다음 해에는 벌채(伐採) 당년도보다 감소하였지만, 비벌채지(非伐採地)보다는 많은 경향을 보였다. 한편, 토양미소동물(土壤微小動物)의 변화에 유의(有意)한 영향을 미치는 주요인자는 토양수분(土壤水分), 토양(土壤)의 용적밀도(容積密度), $Mg^{{+}{+}}$ 이온, 양이온치환용량, 그리고 토양깊이 5(0~10)cm에서의 지중온도(地中溫度) 순(順)이었다. 강수(降水)의 표면유출수량(表面流出水量)은 벌채(伐採) 당년도에는 비벌채지(非伐採地)보다 28%, 다음 해에는 24.5%가 증가하였다. 이 기간(期間)동안 벌채지(伐採地) 유역(流域) 계류수(溪流水)의 BOD, COD, pH 등은 상수원수(上水源水) 1급 기준(基準)의 범위내였고, Cd, Pb, 유기인(有機燐), Cu 등 중금속(重金屬)은 검출(檢出)되지 않았으며, 음용수(飮用水) 8개 항목은 먹는 물 수질기준(水質基準) 1급의 범위내에 있었다. 또한, 벌채지(伐採地)에서 산지사면(山地斜面) 침식량(侵蝕量)은 벌채(伐採) 당년도에는 비벌채지(非伐採地)의 0.73ton/ha/yr 보다 약 7배, 다음 해에는 비벌채지(非伐採地)의 0.48ton/ha/yr 보다 약 2배 많은 것으로 나타났다. 이상의 결과(結果)를 종합해 볼 때, 대규모(大規模) 벌출작업(伐出作業)으로 인한 환경변화(環境變化)는 환경구성인자(環境構成因子)들에 영향을 미칠 뿐만 아니라 이들 영향인자들은 상호간에 밀접한 상관관계(相關關係)를 이루고 있음을 알 수 있다. 따라서 대규모(大規模) 임목수확계획시(林木收穫計劃時)에는 환경변화(環境變化)에 대한 영향을 고려한 잔존수림대(殘存樹林帶) 배치(配置), 토양침식(土壤浸蝕), 수질보전(水質保全) 등의 연구(硏究)가 지속적으로 수행(遂行)되어야 할 것이다.

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중ㆍ남부 평야지산 발 형태 및 이화학적 특성의 품종 및 산지간 변이 (Varietal and Locational Variation of Grain Quality Components of Rice Produced n Middle and Southern Plain Areas in Korea)

  • 최해춘;지정현;이종섭;김영배;조수연
    • 한국작물학회지
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    • 제39권1호
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    • pp.15-26
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    • 1994
  • 주요 미질특성에 대한 품종 및 환경변이정도를 파악하고자 자포니카 5개 품종과 통일형 두 품종을 1989년에 중부평야지인 수원 및 이천과 중서해안간 척지인 남양, 호남평야지인 이리 및 남서해안간척지인 계화에서는 보통기 보비재배로, 영남평야지인 밀양에서는 맥후작 만식으로 재배하여 생산된 쌀의 외관 및 도정특성과 주요 이화학적 특성 및 식미를 비교분석한 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 쌀 외관 및 도정특성을 비롯하여 쌀의 이화학적 특성, 밥의 물리성 및 식미총평 등 모든 미질특성에서 현저한 품종간 차이를 나타내었고, 산지간변이가 두드러졌던 미질특성은 쌀 외관, 도정특성, 알칼리붕괴도, 단백질함량, K/Mg율, 호화개시온도, 강하점도(breakdown) 및 치반점도(setback)였는데 이들 특성의 산지변이는 전변이의 14~54%에 달하였으며 품종$\times$산지간 교호작용변이가 특히 켰던 미질특성은 식미총평과 응집(consistency) 및 치반점도였다. 2. 벼 품종간 미질특성의 차이는 특히 자포니카와 통일형 품종군간에 현저하였는데 통일형 품종들이 자포니카품종들에 비해 쌀 외관품질 및 도정률이 떨어지고 1.0% 저농도 KOH 용액의 쌀 붕괴도와 아밀로스함량이 약간 낮은 반면 단백질함량과 K/Mg율은 약간 높은 편이었으며 최고점도, 강하점도 및 응집점도가 다소 높은 반면 치반점도는 유의하게 낮았고 식미가 크게 떨어졌다. 식미가 양호했던 자포니카품종들은 단백질함량이 약간 낮으면서 K/Mg을 및 밥의 점성/경도비율이 약간 높은 경향이었다. 3. 현미천립중은 이리산미가 타 지역산미에 비해 두드러지게 무거웠고 수원, 계화 및 밀양산미가 소립인 경향이었으며 정현비율이나 등숙면에서는 밀양산이 가장 떨어졌고 이리나 이천산이 양호하였다. 건전미율은 남양간척지산미가 가장 높았으며 계화간척지산미가 가장 낮았다. 4. 쌀의 아밀로스함량은 계화간척지산미가 타 지역산미에 비해 약 1%가량 낮았고 단백질 함량은 중부지역산미가 남부지역산미에 비해 유의하게 약 1%가량 낮았으며 K/Mg율은 계화 및 이리산미가 가장 낮았던 반면 밀양산미가 가장 높았다. 식미총평은 품종별로 생산지에 따라 상당히 달랐는데 평균적으로 남양산미가 가장 좋았고 다음으로 수원>이리>이천>계화>밀양 순이었다 5. 쌀의 알칼리 붕괴도는 밀양 맥후작산미가 가장 높았고 호남평야지산미가 가장 낮았는데 비해 아밀로그래프의 호화개시온도는 수원과 이리산미가 가장 낮았던 반면 밀양산미가 가장 높았다. 강하점도는 밀양산미가 가장 낮았고 다음이 이천산미가 낮았던데 비해 계화 및 이리산미가 가장 높았으며 치반점도는 이와 정반대의 경향을 나타내었다. 밥의 점성 /경도비율은 지역간 차이가 유의하지는 않았으나 남부평야산미가 중부평야산미에 비해 다소 떨어지는 경향이었다. 6. 식미와 관련이 있는 쌀 외관품질 및 이화학적 특성을 이용한 주성분 분석에서 전정보의 약 59% 설명이 가능한 제 1 및 제 2 주성분치상의 7개 품종별 6개 산지미의 분포로 보아 품종에 따라서 산지 반응이 달랐는데 대체로 자포니카와 통일형 품종군간 구분과 밀양, 중부평야 및 호남평야의 세 산지간 구분이 가능하였다. 산지내 품종간 미질변이는 남양간척지와 이리산미가 비교적 작았는데 수원산미는 이천과 남양산미의 미질변이를, 계화산미는 이리산미의 미질변이를 거의 포괄하였다.

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석탄광산배수처리슬러지에 Na와 S를 첨가하여 개량한 흡착제의 세슘 흡착 특성 규명 (Identification of Sorption Characteristics of Cesium for the Improved Coal Mine Drainage Treated Sludge (CMDS) by the Addition of Na and S)

  • 전소영;김단우;변정현;신대현;양민준;이민희
    • 자원환경지질
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    • 제56권2호
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    • pp.125-138
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    • 2023
  • 수계 내 세슘(cesium: Cs)을 제거하기 위하여 개발된 대부분의 기존 Cs 흡착제들은 원재료 값이 고가라는 단점과, 해수와 같이 높은 이온 강도와 낮은 Cs 농도를 가지는 대규모의 오염수를 실질적으로 정화하는데 한계를 가지고 있었다. 본 연구에서는 석탄광산배수를 처리하는 과정에서 생성되는 슬러지(CMDS)에 Na와 S를 첨가하여 친환경적이고 높은 Cs 제거 효율을 가지는 Cs 흡착제를 개발하였다. Fe 및 Ca 함량이 풍부한 CMDS를 1차 소재로 사용하였고, 열처리 과정으로 Na와 S를 첨가하여 새로운 Cs 흡착제를 제조하였다(이하 본 연구에서 개발한 흡착제는 Na-S-CMDS라 명명함). Na-S-CMDS의 Cs 흡착능 및 흡착 기작을 평가하기 위해 실험실 규모의 실험과 흡착 동역학 및 등온 모델링 연구를 수행하였으며, XRF, XRD, SEM/EDS, XPS 등의 분석을 통해 Na-S-CMDS의 물리화학적, 광물학적 특성을 조사함으로써 Cs 흡착 기작을 규명하였다. 흡착 배치 실험 결과, Cs은 빠르게 Na-S-CMDS에 흡착되어 1시간 내 평형에 도달하였으며, 낮은 Cs 농도(0.5 mg/L) 조건에서도 높은 Cs 제거 효율(> 90.0%)을 보였다. 흡착 등온 모델링 결과, 단일 흡착을 가정하는 Langmuir 흡착 등온 모델에 대응되는 경향을 보였으며, 흡착 동역학 모델링 결과 흡착 경향이 유사 2차 속도(pseudo second order kinetic) 모델과 일치하는 경향을 보였고, 이러한 결과는 단순한 물리적 흡착보다 이온 교환과 같은 화학적 흡착이 우세함을 의미한다. 고농도의 Cs 용액으로 반응시킨 Na-S-CMDS의 XRF/XRD 분석 결과, Na-S-CMDS 내 Na 함량은 감소하고 흡착 전 존재하던 erdite (NaFeS2·2(H2O))가 관찰되지 않는 것을 통해, Na+과 Cs+ 사이에서 활발한 이온 교환 반응이 진행되었음을 알 수 있었다. XPS 분석 결과, Na-S-CMDS에서 Cs와 S 사이의 강한 결합 작용이 관찰되었으며, 이러한 Cs와 S(또는 S-복합체)내 결합에너지 감소도 Na-S-CMDS의 Cs 흡착능을 증가시키는 요인으로 판단되었다. 본 연구를 통해 기존에 폐기물로 처리되었던 석탄광산배수슬러지를 개량하여 제조한 Na-S-CMDS는 기존의 Cs 흡착제보다 제조 비용이 저렴하고, 해수 및 지하수와 같이 이온 강도는 높지만 Cs 농도가 낮은 대규모 오염 수계에서도 Cs 흡착능이 높게 유지되어, 현장에서 효과적인 Cs 흡착제로 사용할 수 있을 것으로 기대한다.