• Design & Manufacturing
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• 제15권2호
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• pp.11-16
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• 2021

Recently, three-dimensional (3D) cell culture systems, which are superior to conventional two-dimensional (2D) vascular systems that mimic the in vivo environment, are being actively studied to reproduce drug responses and cell differentiation in organisms. Conventional two-dimensional cell culture methods (scaffold-based and non-scaffold-based) have a limited cell growth rate because the culture cannot supply the culture medium as consistently as microvessels. To solve this problem, we would like to propose a 3D culture system with an environment similar to living cells by continuously supplying the culture medium to the bottom of the 3D cell support. The 3D culture system is a structure in which microvascular structures are combined under a scaffold (agar, collagen, etc.) where cells can settle and grow. First, we have manufactured molds for the formation of four types of microvessel-mimicking chips: width / height ①100 ㎛ / 100 ㎛, ②100 ㎛ / 50 ㎛, ③ 150 ㎛ / 100 ㎛, and ④ 200 ㎛ / 100 ㎛. By injection molding, four types of microfluidic chips were made with GPPS (general purpose polystyrene), and a 100㎛-thick PDMS (polydimethylsiloxane) film was attached to the top of each microfluidic chip. As a result of observing the flow of the culture medium in the microchannel, it was confirmed that when the aspect ratio (height/width) of the microchannel is 1.5 or more, the fluid flows from the inlet to the outlet without a backflow phenomenon. In addition, the culture efficiency experiments of colorectal cancer cells (SW490) were performed in a 3D culture system in which PDMS films with different pore diameters (1/25/45 ㎛) were combined on a microfluidic chip. As a result, it was found that the cell growth rate increased up to 1.3 times and the cell death rate decreased by 71% as a result of the 3D culture system having a hole membrane with a diameter of 10 ㎛ or more compared to the conventional commercial. Based on the results of this study, it is possible to expand and build various 3D cell culture systems that can maximize cell culture efficiency by cell type by adjusting the shape of the microchannel, the size of the film hole, and the flow rate of the inlet.

• 공업화학
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• 제33권6호
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• pp.624-629
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• 2022

포름알데하이드는 호흡기 및 피부 질환을 일으키는 등 인체에 유해한 실내 환경 오염물질로 알려져 있다. 본 연구에서는 활성탄소섬유 표면에 질소 작용기를 도입하기 위하여 질소 플라즈마 처리를 하였고, 질소 작용기 함유 활성탄소섬유에 대한 포름알데하이드 흡착 특성을 고찰하였다. 주입되는 질소 가스의 유량이 증가함에 따라 활성탄소섬유 표면에 도입되는 질소 작용기의 함량이 약 7% 정도 증가하였으며, 존재하는 질소 작용기의 종류별 비율도 유사하였다. 또한 플라즈마 처리에 의한 식각 효과로 인하여 활성탄소섬유 표면에 초미세기공이 증가하였다. 이에 따라 표면 개질된 활성탄소섬유의 포름알데하이드 흡착 효율도 증가하였다. 그러나, 질소 유량이 120 sccm 이상인 조건에서는 활성탄소섬유 표면이 과도하게 식각되어, 비표면적이 감소하고 포름알데하이드 흡착 능력이 오히려 저하되었다. 따라서, 질소 플라즈마 처리된 활성탄소섬유의 포름알데하이드 흡착은 도입된 질소 작용기의 함량이 주요 요인이지만, 이와 함께 적합한 기공 구조를 가질 때 포름알데하이드의 흡착 효율이 향상됨을 알 수 있었다.

• 대한환경공학회지
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• 제34권4호
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• pp.223-231
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• 2012

본 연구는 유 무기성 폐기물 처리를 위한 다축스크류 난류접촉식 고효율 건조기의 최적 설계를 위한 연구의 일환으로 실험적 연구와 수치해석적 연구를 통하여 건조기 내부의 열유동 메카니즘을 규명하고 건조효율을 높일 수 있는 설계 기준을 제시 하고자 수행되었다. 사용된 건조기의 대표적인 특성은 건조용 가스의 바이패스 시스템으로 연소를 통해 얻어진 고온의 가스가 다축 스크류 내부 축을 따라 흐르면서 분공을 통해 고속으로 슬러지 내부로 분출되면서 열풍 건조를 하게 되는 것이다. 다양한 열원의 적용이 가능하고 고온 난류 분사식으로 높은 건조속도를 갖고 있으며 고점성 물질에도 적용이 가능한 것이 장점이다. 여기서 건조가스의 분배는 슬러지를 체적 가열하는 한편 슬러지가 뭉치지 않고 지속적으로 열과 물질 전달을 원활하게 하는 기공을 유지하도록 해야 한다. 실험결과 하수슬러지 200 kg/hr를 처리하는데 스크류를 1 rpm으로 회전시킬 때 적정 체류시간은 100분 정도로 나타났다. 또한 다양한 열량 공급 결과 150,000 kcal/hr로 공급한 경우 높은 건조효율을 유지하면서 잉여 열량공급으로 인한 과도한 열피로 및 열량의 낭비를 줄일 수 있는 것으로 나타났다. 유 무기성 슬러지의 설계기술 및 건조효율 향상을 위한 건조가스의 유동 및 온도분포를 수치해석적 연구를 통하여 계산하였으며 연소실과 건조실의 온도계산 결과는 실험 자료와 매우 유사하게 나타나서 성공적으로 비교검증을 수행하였으며, 향후 물질전달에 대한 세부적인 모델을 적용하여 연구를 지속적으로 수행할 예정이다.

• 자원환경지질
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• 제56권2호
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• pp.167-183
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• 2023

사용 후 핵연료(SNF: spent nuclear fuel) 지하 처분장에서 발생된 가스는 처분장 내에서 자체로 이동성이 클 뿐 아니라, 처분장 내 방사성핵종 거동에도 영향을 줄 수 있다. 지하 처분장 방벽 내에서 가스-핵종 발생 및 거동 기작에 대한 연구와 가스 거동이 처분장의 안전성에 미치는 영향에 대한 연구가 처분장 건설 이전에 충분히 수행되어져야 함에도 불구하고, 처분장 다중 방벽내 가스-핵종 거동에 대한 연구는 국내는 물론 국외에서 조차 매우 초보적인 단계이다. 본 연구에서는 지하 SNF 처분장 내 가스 발생과 거동 특성과 관련된 국내외 선행연구 결과들을 고찰하여, 가스 발생/거동 기작을 처분장의 수리지질학적 진화과정에 따라 분류하여 설명하였다. 처분장 내 가스 발생을 크게 SNF의 핵분열에 의한 방사성 가스 생성, SNF 저장 용기의 부식에 의한 가스 발생, 지하수의 산화-환원 반응에 의한 가스 생성, 미생물 활동과 천연 방벽 내 지화학적 반응에 의한 가스 생성 등 총 5가지 유형으로 구분하여 정리하였다. 처분장 다중 방벽 내 가스 거동과 관련된 선행연구 자료들을 정리하여, 방벽 내 가스 거동 시나리오를 다공성 매체에서 일어나는 거동 형태에 따라, 총 4가지 형태(① visco-capillary 흐름을 포함하는 공극 내 자유상 가스 이동, ② 공극 수 내 용존상 기체로서 이류 및 확산 이동, ③ 체적팽창에 의한 거동(dilatant pathway), ④ 가압파쇄에 의한 인장 절리 흐름 등)로 구분하여 제시하였다. 본 연구를 통해 고찰한 SNF 처분장의 다중 방벽 시스템 내 가스 발생 기작과 거동 특성자료들은, 향 후 지하 SNF 처분장 내 가스-핵종 거동관련 다양한 실험 및 모델링 연구를 계획하고, 국내 건설할 처분장의 안전성을 가스 거동관점에서 평가하는데 유용하게 사용될 것으로 기대한다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제50권6호
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• pp.1034-1042
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• 2012

본 연구에서는 다양한 석탄 연구에 적용되고 있는 층류 반응기(LFR)를 이용하여 열분해와 연소 분위기에서 탄종에 따른 화염형상을 분석하였고, 휘발분 함량이 다른 두 석탄의 타르와 수트의 발생률을 구하였으며 이를 촤 입자의 표면적 및 표면 형상 변화와 함께 비교하였다. 본 연구에서 사용된 층류 반응기는 화염형상을 가시적으로 분석하기에 뛰어나므로 석탄이 반응할 때 생성되는 수트 클라우드를 측정하여 그 형상 변화를 근거로 탈휘발의 종료 지점을 가정하였다. 휘발분 함량이 많은 Berau 탄은 Glencore A.P. 탄보다 수트 클라우드의 폭과 길이가 증가하였고, 연소 분위기에서는 촤와 수트의 산화반응에 의하여 열분해 때보다 화염과 수트 클라우드의 길이가 짧아지면서 더 밝은 빛을 내었다. 포집높이 50 mm까지에서는 휘발분 함량이 많은 Berau 탄의 타르와 수트 발생률이 Glencore A.P. 탄보다 작았다. 이는 석탄 연료의 조성 중 Berau 탄내에 상대적으로 높은 산소 성분의 함량과 OH- 같은 라디칼들로 인해 타르가 산화되기 때문이다. 반면에, 50 mm 이후부터는 Berau 탄이 Glencore A.P. 탄보다 더 많은 타르와 수트의 발생률이 나타나며 탄종간에 수트 발생률의 역전현상이 일어나는데 이는 촤 입자 내부의 휘발물질과 탈휘발 과정에서 생성된 화염 속의 잔여 타르 및 light gas 성분이 반응하여 수트를 발생시켰기 때문이다. 이를 통해서 석탄 내의 휘발분의 함량과 산소농도는 수트 클라우드의 길이와 폭에 명확한 영향을 주며, 수트 발생률에 매우 중요한 인자라는 것을 확인할 수 있었다. SEM과 B.E.T.의 결과로부터 탈휘발이 종료된 후에도 촤 입자 내부의 잔존 휘발물들이 분출되면서 타르와 수트가 발생함을 확인할 수 있었고, 각 탄의 휘발분 함량과 기공의 발달 차이를 통해서 100 mm 이후에 나타난 타르와 수트의 발생률 역전 현상을 설명할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제43권1호
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• pp.146-152
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• 2005

대나무를 원료로 이산화탄소를 활성화제로 한 기상 활성화법에 의하여 대나무 활성탄을 제조하고, 이 대나무 활성탄의 $CO_2$ 흡착 특성을 실험하였다. 국내 산청산 대나무를 탄화온도 $900^{\circ}C$에서 열분해 하여 대나무 숯을 만든 후 배치형 튜브 반응기 내에서 활성화 온도 $750-900^{\circ}C$, 이산화탄소 주입비 $5-30cm^3/g-char{\cdot}min$, 활성화 유지시간 2-5 시간의 변화 조건에서 활성화 실험을 하였다. 제조된 활성탄은 수율이 측정되고 요오드 흡착력, 메틸렌 블루 흡착력과 비표면적 및 세공분포 등의 물리적 특성이 분석되었다. $CO_2$ 흡착 실험은 열중량 분석기를 사용하여 흡착온도 $20-80^{\circ}C$, $CO_2$ 농도 5-90% 변화 조건에서 행하였다. 활성화 온도와 활성화 시간이 증가됨에 따라 요오드 흡착력(680.8-1450.1 mg/g)과 메틸렌 블루 흡착력(23.5-220 mg/g)은 증가하였다. 그리고 $CO_2$ 가스 주입량의 증가시 $18.9cm^3/g-char{\cdot}min$까지는 요오드 흡착력과 메틸렌 블루 흡착력이 증가하였으나, 그 이상에서는 과다한 반응으로 수율의 급격한 감소와 함께 요오드 흡착력과 메틸렌 블루 흡착력도 감소하였다. 대나무 활성탄 특성 분석에서 중간세공과 거대세공 부피가 $0.65-0.91cm^3/g$으로 나타나 생물활성탄공정에 유리하게 사용될 수 있다. 대나무 활성탄의 $CO_2$ 흡착 실험에서는 흡착온도 $20^{\circ}C$, $CO_2$ 농도 90%에서 최대 106 mg/g-A.C.의 $CO_2$를 물리흡착 하였다. 5회 반복 실험시 $CO_2$ 흡착 특성 변화는 없었다.

• 자원환경지질
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• 제46권1호
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• pp.51-61
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• 2013

최근 나노기술을 이용한 석유증진회수기술은 미국을 중심으로 활발한 연구가 진행되고 있다. 지금까지의 연구에서는 주로 다공성 매체 내 나노입자의 유동특성이나 나노 에멀젼 자체의 안정성 평가에만 중점을 두었으며, 다공성 매체 내 나노 에멀젼의 유동시 중요한 역할을 하는 나노 에멀젼과 공극의 크기 효과는 분석하지 않았다. 이 연구에서는 석유증진회수기술에 적용 가능한 나노기반의 에멀젼을 제조하였으며, 그 특성을 분석하였다. 또한 다공성 매체 내 나노 에멀젼의 유동특성을 파악하기 위해 필터링 시험을 통해 나노 에멀젼의 크기효과를 분석하였다. 연구결과 나노 에멀젼의 제조시 SCA(Silane Coupling Agent)나 PVA(poly Vinyl Aclohol)를 첨가하여 에멀젼을 제조할 때 안정성이 개선되며, 물에 비해 데칸의 비율이 높을수록 점성도가 높아지고, 액적크기가 증가하는 것을 확인하였다. 대기압조건하에서 수행한 필터링 시험에서는 분리된 물이 주로 통과하고 액적은 통과하지 못하는 것이 확인되었다. 이는 액적의 유동력이 필터에 작용하는 모세관압을 극복하지 못하였기 때문에 나타난 현상이다. 흡입압력을 작용한 필터링시험에서는 $60{\mu}m$ 크기 이상의 필터에서는 대부분 액적이 통과 하였으나, $45{\mu}m$ 이하의 필터에서는 통과비율이 급격히 저하되는 것을 확인하였다. 이러한 현상은 필터 공극 통과시 강한 전단응력에 의해 액적이 변형되거나 파괴되어 공극을 막기 때문에 나타나는 현상으로 보인다. 이 연구에서 밝혀진 기본적인 나노 에멀젼의 특성 및 필터링 시험 결과는 향후 안정적인 나노 에멀젼 제조나, 다공성 매체 내 잔류오일 회수연구에 중요한 역할을 할 수 있을 것이다.

• 대한토목학회논문집
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• 제5권4호
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• pp.1-8
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• 1985

수위변화(水位變化)에 따른 상이(相異)한 자유수면(自由水面)으로 인(因)하여 제체내부(堤體內部)에 응력상태(應力狀態)가 달라지므로 제체(堤體)의 안정해석(安定解析)이 필요(必要)하다. 수위(水位)가 급강하(急降下)할 경우 상류측(上流側) 사면(斜面)에서의 자유수면방향(自由水面方向)이 기초(基礎)쪽으로 바뀌어질 때, 상류측(上流側) Fill의 안전율(安全率)을 찾아 보았다. 여기서 하강(下降)하는 자유수면(自由水面)과 파괴형태(破壞形態)를 찾았으며, 또 안전율(安全率)을 구(求)하였고. 이로 강하속도(降下速度) 및 동수경사(動水傾斜)를 비교(比較)하였다. 실험(實驗)에 의한 결과(結果)는 다음과 같다. 1. 자유수면(自由水面)의 강하(降下)로 인(因)하여 상류측(上流側) Fill에 침투류(浸透流)에 의한 골동파괴(滑動破壞)가 일어나고, 파괴고(破壞高)는 각(各) 각(各)의 모형(模型)에 따라, 5~10, 9~15, 13~21(cm)이다. 2. 침투류(浸透流)에 의한 간극수압(間隙水壓)의 영향(影響)을 고려(考慮)하여 안전율(安全率)을 구하였으며, 이때 강하속도(降下速度)와 안전율(安全率)과의 관계(關係)에서 제체(堤體)의 안전상(安全上) 강하속도(降下速度)는 0.21~0.28(cm/sec)이어야 하고, 동수경사(動水傾斜)와 안전율(安全率)과의 비교(比較)에서 동수경사(動水傾斜)는 각(各) 모형(模型)에서 0.36~0.43 값보다 적어야 함을 실험상(實驗上) 알았다.

• 한국건설순환자원학회논문집
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• 제4권3호
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• pp.307-315
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• 2016

본 연구에서는 CFT에 사용하는 70 및 100MPa급 고강도 콘크리트의 ERCO 적용 유무에 따른 기초적 물성 및 강도특성을 분석하고, Mock-up 시험을 통해 자기수축 저감성능 및 활용성을 검토하고자 하였는데, 그 결과 굳지않은 콘크리트의 유동특성으로 ERCO를 사용함에 따라 슬럼프 플로는 약간 저하하는 경향을 나타내었으나, 슬럼프는 증가하였고, 재료분리 저항성(EIS)은 2.5 이하로 양호하게 나타났다. 공기량의 경우는 모두 목표범위를 만족하는 것으로 나타났는데, 단위용적질량은 증가하였으며, 응결시간은 약간 지연되는 것으로 나타났다. 강도 특성의 경우 ERCO를 0.5% 사용함에 따라 호칭강도 별 모든 배합에서 ERCO 0%에 비해 약 5~10%정도의 높은 압축강도 발현율을 나타내었다. 자기수축 특성은 전반적으로 ERCO를 사용한 배합의 경우 사용하지 않은 배합에 비해 20~30%정도 높은 자기수축저감 성능을 나타내었는데, 이는 ERCO의 주성분인 지방산($C_3H_5(OCOR)_3$)이 콘크리트 경화체중 수화생성물인 수산화칼슘($Ca(OH)_2$)에 가수분해 되어지방산칼슘(2RCOOCa), 즉 비누입자를 생성시켜, 콘크리트 경화체 내부의 모세관 공극을 충전함으로써 자기수축이 저감된 것으로 분석된다. 종합적으로 ERCO를 사용한 70 및 100MPa 고성능 콘크리트는 유동성 및 강도를 충분히 확보하였고, 자기수축 저감에도 효과적인 것으로 나타나, 이를 CFT 실구조체에 타설하는 것으로 결정하였다.

• 한국지하수토양환경학회:학술대회논문집
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• 한국지하수토양환경학회 2004년도 총회 및 춘계학술발표회
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• pp.100-101
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• 2004

Many researches in Korea have been performed to understand the pollution of stream waters by acid mine drainage. However, few studies have been conducted regarding the effect of particulate and colloidal fractions on the transport of trace metals. To estimate harmful effects of trace metals, it is important to evaluate the particulate and colloidal metals as well as dissolved metals, because particulate and colloidal fractions of trace metals play an important role in transport of trace metals and may adversely affect habitats and organisms in riverine system. Colloids are solids with effective diameters in size range from 0.001 $\mu$m to 1 $\mu$m. According to Jone et al. (1974), metals in surface water, like Al, Fe, and Mn, require filtration with pore-size membranes smaller than 0.45 $\mu$m to define dissolved concentrations. The main objective of this study is to understand the effects of particulate, colloidal, and truly dissolved fractions on the transport and fate of trace metals in acid mine drainage. This study was conducted for the Onjeong creek in the Uljin mine area. Sampling was carried out in 13 sites, spatially covering the area from mine dumps to the downstream Onjeong reservoir. To examine the metal partitioning between particulate, colloidal, and truly dissolved fraction, we used successive filtration techniques consisting of conventional method (using 0.45 $\mu$m membranes) and tangential-flow ultrafiltration (using 0.001 $\mu$mm membranes). Ultrafiltration may seperate much smaller particles from aqueous phase (Josephson, 1984; Hernandez and Stallard, 1988). The analysis of metals were performed by inductively coupled plasma - atomic emission spectrometer (ICP-AES: model Perkin Elmer OPTIMA3000XL). Anions such as SO$_4$, Cl and NO$_3$ were measured with ion chromatograph (IC: model Dionex 120). Sample analysis is still in progress. The preliminary data show that the studied creek is severely polluted by Al, Fe, Mn, Pb and Zn. Toward upstream sites with relatively lower pH, less than 50% of Al and Fe occur in the sorbed form on particles or colloids, whereas more than 80% of Al and Fe occur in the sorbed form in downstream sites or tributaries with relatively higher pH. Less than 30% of Zn is present in particle or colloidal forms in the whole range of creek. Truly dissolved fraction of trace metals is negatively correlated with pH. The Kd values for Al, Fe and Zn consistently increase with increasing pH and decrease with increasing particle concentration.