• Korean Chemical Engineering Research
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• 제51권4호
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• pp.443-454
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• 2013

콜로이드 실리카와 가용성 실리카를 이용하여 나트륨이 첨가되지 않은 다양한 금속이온 첨가 MCM-41 촉매를 제조하였다. 전이금속 이온인 $V^{5+}$, $Co^{2+}$ 및 $Ni^{2+}$이 MCM-41에 첨가되었을 경우 기공벽 내의 실리콘 이온과 등방치환을 하여 실리카 기공벽 내에서 독립된 단일 활성점을 형성하여 우수한 환원 및 활성 내구성을 보였다. 수소 승온 환원법을 이용하여 Co-MCM-41 촉매의 기공 곡률 반경효과에 대해 검토해 본 결과, 적절한 환원 처리와 기공 크기 및 pH 조절에 따라 코발트 금속입자의 크기를 1nm 이하의 범위에서 조절할 수 있었으며, 이 미세 금속 입자들은 표면 금속이온들과의 결합으로 인해 상당한 고온 안정성이 있음을 발견하였다. 완전 환원 후에도 비정형 실리카의 부분 덮힘으로 인해 금속 입자들의 표면 이동 및 뭉침 현상이 현저히 저하되는 것을 볼 수 있었다. 이들 촉매의 반응 예로 금속 입자 크기에 민감한 단일층 탄소 나노튜브의 합성을 Co-MCM-41을 이용하여 실시하였고, 금속 입자의 안정성 시험반응으로 Co 및 Ni-MCM-41을 이용한 CO 메탄화 반응, V-MCM-41을 이용한 메탄올 및 메탄의 부분 산화반응 및 기공곡률 반경이 촉매활성에 미치는 영향 등을 살펴보았다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제49권2호
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• pp.225-238
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• 2021

옥수수(Zea mays)와 톨페스큐(Festuca arundinacea) 근권 토양을 접종원으로 사용하여 농화배양을 통해 CH₄ 산화컨소시움과 N₂O 환원 컨소시움을 얻었다. Illumina MiSeq 염기서열 분석법으로 접종원과 컨소시움의 세균 군집 특성을 비교하였고, 컨소시움의 CH₄ 산화와 N₂O 환원 활성에 미치는 뿌리삼출물의 영향을 규명하였다. 접종원이 다름에도 불구하고 옥수수와 톨페스큐 유래 CH₄ 산화 컨소시움 사이의 유사성이 높았고, 2종의 N₂O 환원 컨소시움도 서로 유사성이 높았다. 2종의 CH₄ 산화 컨소시움에서 우점도가 높은 metanotrophs는 Methylosarcina, Methylococcus 및 Methylocystis이었다. 2 종의 N₂O 환원 컨소시움에서 대표적인 N₂O 환원 세균은 Cloacibacterium, Azonexus 및 Klebsiella이었다. 옥수수 근권 유래 N₂O 환원 컨소시움의 N₂O 환원 속도는 옥수수 뿌리삼출물 첨가에 의해 1.6배, 톨페스큐 유래 컨소시움의 N₂O 환원 속도는 톨페스큐 뿌리삼출물 첨가에 의해 2.7배 향상되었다. 그러나 CH₄ 산화 컨소시움의 활성은 뿌리삼출물 첨가에 의해 향상되지 않았다. 본 연구의 옥수수 및 톨페스큐 근권 유래 CH₄ 산화 및 N₂O 환원 컨소시움은 유류 오염 정화과정에서 non-CO₂ 온실가스배출을 저감하는데 활용 가능하다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제49권2호
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• pp.187-194
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• 2011

최근 국제법에 의해 하수처리장에서 발생되는 슬러지의 해양투기가 금지됨에 따라 하수처리 과정 중 발생된 슬러지의 처리방법이 문제가 되고 있다. 일반적으로 하수 및 슬러지는 혐기성조건에서 최종처리되며, 이과정 중 메탄$(CH_{4})$ 및 아산화질소$(N_{2}O)$가 배출되어 하수처리장은 지구온난화가스의 배출원으로 알려져 있다. 따라서, 하수처리장에서 발생하는 지구온난화 가스 배출량을 고려할 필요가 있으며, 지구온난화 가스 배출을 최소화할 수 있는 최적의 하수처리 공정 및 슬러지처리에 대한연구 필요성이 증가하고 있다. 따라서 본 연구에서는 주요생물학적 하수처리공정에 따른 온실가스 발생량 및 슬러지 배출량을 계산하며, 이에 따라 온실가스 배출을 최소화하는 하수 및 슬러지처리방법을 제시하고자 한다. 생물학적 하수처리공정으로는 Anaerobic/Anoxic/Oxidation$(A_{2}O)$, Bardenpho, Virginia Initiative Plant (VIP), University of Cape Town(UCT)을 이용하였으며, 동력학적 하수처리모델링 프로그램인 GPS-X를 이용해 본 공정의 모델링을 수행하였다. 이를 바탕으로 하수처리과정에서 발생하는 온실가스 및 슬러지 배출량을 계산하며, 이를 통해 온실가스 배출을 최소화하는 공정을 선택하였다. 온실가스 및 슬러지 배출량은 2006 IPCC 가이드라인에서 제시한 식을 통해 계산되었다. 또한 다양한 슬러지 처리 시나리오(퇴비화, 소각, 매립)에 대한 환경성평가를 수행하였으며, 이를 통해 각 시나리오의 결과를 하나의 지표로써 비교 평가하였다. 본 연구결과, 4가지 하수처리공법 중 Bardenpho 공법에서 환경성이 가장 좋은 것으로 나타났으며, 슬러지 처리 시나리오 중 퇴비화가 온실가스를 가장 적게 배출하였다.

• 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.

• 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.