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차바자이트의 흡착 및 이온 교환 특성: Cs 및 다른 양이온과의 경쟁 (Sorption and Ion Exchange Characteristics of Chabazite: Competition of Cs with Other Cations)

  • 백우현;하수현;홍수민;김선아;김영규
    • 한국광물학회지
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    • 제29권2호
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    • pp.59-71
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    • 2016
  • 방사성 폐기물의 주요 성분 중 하나인 Cs의 자연에서 정출되는 제올라이트인 차바자이트(chabazite)에 대한 흡착 특성을 알아보기 위해 XRD, EPMA, EC, pH, ICP 분석방법을 이용하여 동정 및 화학성분 분석을 하였다. 그리고 추가적으로 양이온 교환능력을 확인하였고 시간과 농도에 따른 Cs 흡착 및 타 양이온($Li^+$, $Na^+$, $K^+$, $Rb^+$, $Sr^{2+}$)에 대한 경쟁흡착 실험을 실시하였다. 본 연구에 사용된 차바자이트의 화학식은 $Ca_{1.15}Na_{0.99}K_{1.20}Mg_{0.01}Ba_{0.16}Al_{4.79}Si_{7.21}O_{24}$였고 Si/Al 비율과 양이온 교환능력은 각각 1.50와 238.1 meq/100 g으로 측정되었다. 시간과 농도에 따른 Cs 흡착 등온 실험결과를 흡착 반응 속도 모델과 등온 흡착 모델에 적용해본 결과 각각 유사 2차 반응과 Freundlich 모델에 부합하였으므로 고체 표면에 흡착 물질이 2개 이상의 다중 흡착 층을 이루는 것을 알 수 있으며 모델로부터 유도되는 상수 값을 통해 차바자이트의 Cs 흡착 능력정도를 평가하였다. 경쟁 흡착 실험 결과 이온의 종류에 따라 이온 교환되어 차바자이트 내에 존재하는 Cs의 몰 분율에서 차이를 보였다. 각 양이온과 세슘과의 액체에서 고체 내로 흡착되는 경쟁 경향이 $Na^+$, $Li^+$, $Sr^{2+}$, $K^+$ 그리고 $Rb^+$ 순으로 선택성이 있었으며 이는 수화 직경의 순서와 유사한 양상을 보였다. Kielland 도시법을 이용하여 Cs과 타 양이온의 교환 평형관계를 도시해 보았을 때에는 $Sr^{2+}$가 가장 선택성이 높았으며 그 다음으로 $Na^+$, $Li^+$, $K^+$, $Rb^+$ 순으로 선택성이 나타났고 모든 타 양이온에 대하여 양의 값을 나타내었다. Kielland 도시법에서 나타나는 평형상수 값의 순서는 열역학 및 반응 속도론적인 의미를 내포하고 있으므로 수용액에서 공극 내로 들어가는 Cs은 $Sr^{2+}$과의 공존 시 선호도가 높다는 것을 알 수 있다. 이는 경쟁하고 있는 수화된 양이온 간의 직경 차이가 원인일 것으로 추측된다. 본 연구 결과는 차바자이트가 높은 Cs 친화력을 가지는 것을 보여줌으로써 방사성 물질로 오염된 물에서 Cs을 선택적으로 교환할 수 있음을 보여주고 있다.

혈소판유래성장인자를 함유한 Chitosan/Calcium Metaphosphate의 골조직재생효과에 관한 연구 (The Effect of Platelet Derived Growth Factor - BB Loaded Chitosan/Calcium Metaphosphate on Bone Regeneration)

  • 이승열;설양조;이용무;이주연;이승진;김석영;구영;류인철;한수부;최상묵;정종평
    • Journal of Periodontal and Implant Science
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    • 제31권1호
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    • pp.1-23
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    • 2001
  • Chitosan is biodegradable natural polymer that has been demonstrated its ability to improve wound healing, and calcium metaphosphate(CMP) is a unique class of phosphate minerals having a polymeric structure. In this study, chitosan/CMP and platelet derived growth factor(PDGF-BB) loaded chitosan/CMP sponges were developed, and the effect of the sponges on bone regeneration and their possibility as scaffolds for bone formation by three-dimensional osteoblast culture were examined. PDGF-BB loaded chitosan/CMP sponges were prepared by freeze-drying of a mixture of chitosan solution and CMP powder, and soaking in a PDGF-BB solution. Fabricated sponge retained its 3-dimensional porous structure with $100-200\;{\mu}m$ pores. The release kinetics of PDGF-BB loaded onto the sponge were measured in vitro with $^{125}I-labeled$ PDGF-BB. In order to examine their possibility as scaffolds for bone formation, fetal rat calvarial osteoblastic cells were isolated, cultured, and seeded into the sponges. The cell-sponge constructs were cultured for 28 days. Cell proliferation, alkaline phosphatase activity were measured at 1, 7, 14 and 28 days, and histologic examination was performed. In order to examine the effect on the healing of bone defect, the sponges were implanted into rat calvarial defects. Rats were sacrificed 2 and 4 weeks after implantation and histologic and histomorphometrical examination were performed. An effective therapeutic concentration of PDGF-BB following a high initial burst release was maintained throughout the examination period. PDGF-BB loaded chitosan/CMP sponges supported the proliferation of seeded osteoblastic cells as well as their differentiation as indicated by high alkaline phosphatase activities. Histologic findings indicated that seeded osteoblastic cells well attached to sponge matrices and proliferated in a multi-layer fashion. In the experiments of implantation in rat calvarial defects, histologic and histomorphometric examination revealed that chitosan/CMP sponge promoted osseous healing as compared to controls. PDGF-BB loaded chitosan/CMP sponge further echanced bone regeneration. These results suggested that PDGF-BB loaded chitosan/CMP sponge was a feasable scaffolding material to grow osteoblast in a three-dimentional structure for transplantation into a site for bone regeneration.

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미나리 추출물의 기억력 손상 억제와 산화스트레스 억제 효과 및 Isorhamnetin 분석 (Inhibitory Effects of Dropwort (Oenanthe javanica) Extracts on Memory Impairment and Oxidative Stress and the Qualitative Analysis of Isorhamnetin in the Extracts)

  • 원범영;신기영;하현지;위지향;윤여상;김예리;박용진;정경옥;성혜미;이형근
    • 한국식품영양과학회지
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    • 제45권1호
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    • pp.1-11
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    • 2016
  • 본 연구는 한국인이 일상생활에서 주로 상용하는 미나리에 대해 기억력 관련 효과와 항산화 효과, 미나리 추출물의 flavonoid 중 isorhamnetin을 분석하여 기능성식품 개발 및 이용에 기여하고자 실시하였다. Acetylcholinesterase의 활성 억제를 측정한 결과 화순미나리 추출물이 28.59%로 가장 높게 나타났으며, 나주미나리 추출물 25.11%와 유의적인 차이가 없었다. SH-SY5Y 세포사멸에 미치는 영향을 측정한 결과 DMSO와 비교하여 화순미나리 추출물 37.23%와 나주미나리 추출물 36.68%로 세포사멸이 유의적으로 감소하였다. 수동회피실험 결과 scopolamine 처리에 의해 기억력이 손상된 동물모델에서 미나리 추출물을 투여하였을 때 vehicle control보다 latency time이 높게 나타났다. DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능 측정 결과 화순, 나주, 의령 미나리 추출물 모두 미나리 처리 그룹군 간에도 유의적 차이가 있었고(P<0.05), 화순미나리 추출물이 총 폴리페놀 함량 117 mg/g, 총 플라보노이드 함량 30 mg GAE/g으로 가장 높게 측정되었다. TBARS 측정 결과 미나리 추출물 $440{\mu}g/mL$의 농도에서 화순미나리 추출물이 50.7%의 억제력으로 가장 높았으며, 나주와 의령미나리 추출물보다 유의하게 높았다. 미나리 추출물의 플라보노이드 중 isorhamnetin을 분석한 결과 표준용액과 미나리 추출물의 머무름 시간이 14분대로 피크 유지시간이 일치하였으며, 동일한 spectrum을 나타내어 정확한 isorhamnetin의 분리를 확인하였다. 또한 LC/MS/MS를 통한 분석 결과 표준용액과 미나리 추출물에서 동일 시간대에 TIC를 확인하였고 precursor ion은 317 $[M-H]^+$ m/z, product ion은 302 $[M-H]^+$ m/z로 확인할 수 있었다. 이러한 연구 결과에 기초하여 미나리 추출물은 천연 항산화제와 기억력 개선제로써의 활용 가치를 시사한다고 사료된다. 또한 건강기능성 소재로서 식품산업 분야의 이용률 향상에 도움이 될 것으로 판단된다.

삽목재육묘의 육함에 관한 연구 (Studies on the method of bring to perfectly from defective cutting Sapling)

  • 김문협
    • 한국잠사곤충학회지
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    • 11호
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    • pp.31-44
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    • 1970
  • 접목법에 대체할 수 있는 새로운 상묘의 생산방법으로서 삽목재육묘의 육성법에 대하여 연구하였다. 1. 신소를 삽목하면 15 일후부터 발근하기 시작하여 거의 직선적으로 발근양이 증가하며 삽木 40일후에는 발근수 43본, 총근중 5.4g, 총근장 11.19mm에 달한다. 2. 신소삽목의 활착비율은 56~90%의 범위내에 있고 그 평균은 73% 정도이며 품종별로 보면 개량서반, 일지뢰가 80% 정도로 가장 좋고 시평이 가장 못하다. 3. 품종간에 있어서의 발근량은 개량서반, 일지뢰, 수원상4호, 노상은 거의 같은 정도로 많고 용천추우와 시평은 적다. 4. 발근촉진제는 NAA 0.01~0.02%에 2~3초 침지하며 그대로 삽목하는 것이 발근량도 못하지 않고 또 경제적이다. 5. 삽수의 채취량 증가와 경제적인 이용을 위해서는 1) 50cm 정도의 신소를 채취하여 2본씩의 삽수를 채취하고 중간부의 삽수의 기부는 반드시 절치하에서 절단하도록 할 것이며 2) 50cm 미만의 것도 전부 채취하여 이용한다. 가는 삽수나 생장정지아도 발근량은 약간못하나 상당히 발근하므로 이용가치가 있다. 3) 이렇게 하면 10a당 100,000본 이상의 삽수를 채취할 수 있다. 6. 삽수의 하단은 절치하에서 45$^{\circ}$로 사단한 다음 그 뒷면을 삭제하면 그 발근량을 증가시킬 수가 있다. 7. 재육묘를 육성하기 위한 삽목원묘는 10a당 100,000본을 삽목하여도 묘질은 약간 떨어지지만 실용적으로는 원묘로 이용하는데 별 지장이 없을 정도이다. 8. 삽목시기는 7월 중순까지는 그 시기가 늦어지는데 따라서 묘질은 약간 떨어지지만 충분히 이용가치가 있으므로 6월 상순부터 7월 중순까지사이에 수회에 걸쳐서 삽목할 수 있으며 6월하순이후에는 춘벌상수의 신소를 삽수로 이용한다. 9. 재육묘는 원묘의 중량이 10g 이상인 것은 그 성묘비율이 95% 이상이 되고 5~10g의 작은 원묘는 80% 이상의 성묘비율이 되며 그 묘질도 접목묘와 비슷하다. 10. 원묘를 식재할 때에는 그 묘조는 신조의 기부에 3~4아 남기고 절단하도록 한다. 11. 삽목재육묘의 생산비는 접목묘의 52%이다.

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해외 LNG벙커링 비즈니스 모델 분석 (Analysis of Overseas LNG Bunkering Business Model)

  • 김기동;박소진;최경식;조병학;오영삼;조상훈;차건종;조원준;성홍근
    • 한국가스학회지
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    • 제22권1호
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    • pp.37-44
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    • 2018
  • 국제해사기구의 선박배출가스 규제 등의 환경규제 강화로 세계 주요 국가에서는 선박배출가스에 대한 3가지 솔루션 중에서 LNG연료를 장기적 솔루션으로 추진하는 국가와 기업이 늘어나고 있다. 본 연구에서는 세계적으로 LNG벙커링에 대한 비즈니스를 어떠한 형태로 이끌어 가는지에 대한 고찰로서, 주요 국가인 일본, 중국, 싱가포르의 아시아 지역과 유럽 그리고 미국을 중심으로 비즈니스 모델 관점에서 분석을 하였다. 연구결과 중국은 국가 위주의 LNG벙커링 정책 수립 후에 국가와 에너지 회사가 제휴하여 LNG연료추진선박용 LNG벙커링 비즈니스를 진행하여 있음을 발견하였다. 유럽 일부와 미국은 순수한 민간회사 위주의 LNG벙커링 비즈니스가 진행되고 있으며, 민간회사는 현재 선박유보다 저렴한 LNG연료 확보를 위하여 LNG터미널, 천연가스 액화플랜트 등의 중상류 사업자와의 제휴를 통해 가격 경쟁력이 높은 LNG를 확보하면서 자사 LNG연료추진선박에 LNG벙커링을 하는 비즈니스 모델을 가지고 있다. 전 세계 LNG벙커링 비즈니스는 공기업보다는 민간기업 위주로 진행되고 있으며, LNG벙커링 인프라 구축에는 초기비용이 필요하여 대부분 에너지 대기업 위주로 비즈니스가 진행되고 있었다. LNG벙커링 비즈니스는 현재 3가지 모델(TOTE 모델, Shell 모델, ENGIE 모델)이 개발 되고 있다. 국가별로 LNG벙커링 비즈니스 추진 방식은 기업 및 국가 정책에 따라 다르게 적용된다는 것을 발견하였다.

Parmotrema austrosinence(지의류)를 이용한 직물염색과 키토산 처리에 의한 염색성 향상 (Fabric Dyeing with Lichen Parmotrema austrosinence and Improvement of Dyeability by Chitosan Treatment)

  • 유혜자;이혜자;이전숙
    • 한국의류학회지
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    • 제32권6호
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    • pp.882-889
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    • 2008
  • 국내에서 자라는 지의류의 한 종류인 Parmotrema austrosinence를 채취하여 염액을 제조하고, 제조된 염액을 사용하여 견직물, 나일론직물과 면직물을 염색하였다. Parmotrema austrosinence를 암모니아수에 넣고 발효시켜 얻은 염액을 사용하여 pH를 4, 7, 10으로, 염색온도를 $30^{\circ}C$, 50^{\circ}C$, $80^{\circ}C$로 각각 조절한 후 염색을 하였다. 면직물은 견직물과 나일론직물에 비해 염색성이 낮게 나타났다. 면직물의 염색성 향상을 위해 키토산 액으로 처리하고 염색성과 염색견뢰도의 변화를 검토하였다. 염색된 시료들의 염색성은 K/S값, ${\Delta}E$와 Munsell값을 측정하여 평가하였다. 염색된 시료들의 K/S값은 견직물의 경우에는 520nm에서, 나일론직물과 면직물은 480nm에서 최대 흡광파장을 나타냈다. 견직물 염색포의 K/S값은 $4.6{\sim}9.3$으로 $1.0{\sim}2.7$인 나일론직물이나 $0.8{\sim}1.6$인 면직물에 비해 매우 높게 나타나 견직물이 Parmotrema austrosinence 염액에 대해 우수한 염색성을 가짐을 확인하였다. 염색온도가 높아질수록 먼셀 색상값이 red나 yellow red에서 yellow쪽으로 이동하는 색상변화가 나타났다. 견직물의 경우, 염색온도가 $50^{\circ}C$$80^{\circ}C$일 때의 염색성이 비슷하였으며, 다른 직물의 경우에는 염색온도 상승에 따라 K/S값도 높아졌다. 따라서 지의류를 사용한 적정 염색온도는 견직물의 경우 $50^{\circ}C$, 다른 직물의 경우 $80^{\circ}C$임을 확인하였다. 염색된 시료의 먼셀 색상은 견직물에서는 R(red) 영역에서, 나일론 직물에서는 YR(yellow red)-R 영역에서, 면직물은 YR 영역으로 나타났다. 면직물과 나일론직물은 중성 또는 산성염액에서 염색이 잘 되었고, 견직물의 경우는 중성 염액에서의 염색성이 가장 우수하였다. 염색성이 낮게 나타난 면직물은 키토산 가공에 의해 염색성과 염색견뢰도를 향상시킬 수 있음을 확인하였다 염색된 시료들의 일광견뢰도와 세탁견뢰도는 대체로 낮게 나타났으나 드라이크리닝 견뢰도는 4-5급 또는 5급으로 모두 우수하였다.

탄산수의 알칼리도 및 총 탄소 측정방법 비교 연구 (A Comparison Study of Alkalinity and Total Carbon Measurements in $CO_2$-rich Water)

  • 조민기;채기탁;고동찬;유용재;최병영
    • 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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    • 제14권3호
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    • pp.1-13
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    • 2009
  • 탄산수를 대상으로 알칼리도 및 총 탄소 측정 방법의 타당성을 평가하기 위하여 산중화 적정법, 역적정법, 침전법, NDIR-TC 측정법 등 다양한 측정방법을 적용하였다. 인공적으로 제조한 탄산수(ACW(Artificial $CO_2$-rich Water): pH = 6.3, alkalinity = 68.8 meq/L, $HCO_3^-$ = 2,235 mg/L)의 알칼리도 및 총 탄소를 측정한 결과, 탄산수 제조와 동시에 측정된 시료에서는 상기한 모든 측정방법에서 비교적 정확한 측정값을 얻어내었다. 이때 퍼센트 오차는 0~12% 수준이었으며, 반복측정 분산분석(repeated measure ANOVA)의 사후 분석 결과 각 측정 방법간 차이는 95% 신뢰수준에서 없는 것으로 판정되었다. 또한 이때 정밀도(분산계수)도 4% 이내로 재현성이 높은 측정 방법이라고 할 수 있다. 탄산수와 같이 $CO_2$가 탈기(脫氣: degassing)되는 경우 각 측정 방법의 정도관리를 위하여 24시간, 48시간 동안 $CO_2$를 탈기시킨 후 각 측정 방법을 적용하였다. 그 결과 산중화 적정법과 NDIR-TC 방법으로 측정된 알칼리도는 $CO_2$의 탈기에 상관없이 일정한 값을 유지하고 있었다. 이는 알칼리도의 보존성에 기인한 결과로 해석된다. 반면, 역적정법과 침전법으로부터 구한 알칼리도는 증가하는 것으로 나타났다. 한편 총 탄소 함량은 꾸준히 감소하여 48시간후에는 최대 약 50%의 $CO_2$가 탈기된 것으로 평가되었다. 역적정법과 침전법으로부터 구한 알칼리도가 높아진 이유는 총 탄소 함량이 다른 방법에 비하여 높게 측정되었고, $CO_2$ 탈기를 모델링 한 결과, 측정된 총 탄소 함량에 평형인 pH보다 측정된 pH가 높기 때문이다. 이는 ACW에 잔류한 $CO_2$ 기포의 영향으로 생각된다. $CO_2$ 탈기에 의해 발생한 $CO_2$ 기포는 pH를 낮추지 못하고 알칼리도에 영향을 주지는 않기 때문에 산중화 적정법과 NDIR-TC 측정에서는 분석되지 않지만 역적정과 침전법을 적용하여 총 탄소를 분석할 경우에는 측정값에 포함된다. 따라서 탄산수에서 알칼리도 및 총 탄소의 측정과 해석을 정확하게 하기 위해서는 역적정법이나 침전법을 이용하여 측정한 결과를 비교 검토하는 것이 필요하다. 이 연구의 결과는 탄산수 연구나 $CO_2$ 지중저장에 관련된 연구에 활용될 수 있다. 특히 $CO_2$ 지중저장 연구에 응용될 경우 탈기되지 않는 $CO_2$ 기포의 함량을 반영할 수 있기 때문에 심부 지중의 pH를 보정하거나 $CO_2$의 지중 거동과 $CO_2$ 저장 용량 평가에 응용될 것으로 기대된다. 이 연구를 기반으로 고온 고압 환경에서 직접 총 탄소를 정확하고 편리하게 측정하기 위한 방법을 개발할 예정이다.

염수선 종자 정선법에 따른 조의 발아 및 출현율 (Effects of Specific Gravity on Germination and Emergence of Foxtail Millet (Setaria italica Beauvois))

  • 정기열;최영대;전현정;이상훈;전승호
    • 한국작물학회지
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    • 제64권2호
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    • pp.144-151
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    • 2019
  • 본 연구는 토양환경 조건에 따른 입모율 변화가 높은 조종자의 발아활력 증진과 안정적인 생산을 위하여 염수선(비중) 종자정선을 활용한 우량종자 선발을 통한 발아율, 출현율 및 유모의 소질을 알아보고자 수행하였다. 1. 비중이 높아질수록 3품종 모두 천립중이 증가하는 경향이 나타났으며, 비중 $1.040g\;L^{-1}$에서는 가장 무거운 천립중을 조사되었으며, 발아율에서도 비중선 $1.040g\;L^{-1}$에서 '황금' 88.3%, '삼다찰' 86.7%, '경관1호' 90.6%로 가장 높은 발아율을 보였다. 2. 모 소질을 조사한 결과 비중선이 높을수록 모의 초장, 엽장, 경직경, 근장, 근중 및 경중 등이 증가하였으며, 비중선 $1.040g\;L^{-1}$에서 3품종 모두에서 길거나 무거운 것으로 보였다. 3. 염수선에 의해서 포장 발아활력 검정에서는 출아율 및 출아율지수에서 비중선이 높은 종자일수록 높아졌으며, 비중선 $1.040g\;L^{-1}$에서 가장 높은 85.3, 83.0, 87.0% 출아율이 나타났고, 출아율지수에서도 비중선 $1.040g\;L^{-1}$에서 2.82, 2.86, $2.87d^{-1}\;m^{-1}$ 이상의 높을 지수가 보였다. 4. 조 종자는 발아활력이 높은 종자선별을 위해서는 비중선 $1.040g\;L^{-1}$에서의 종자를 선별하여 파종하면 생산성이 크게 향상될 것으로 사료된다.

광산배수 정화시설 철 슬러지 기반 흡착제를 활용한 수용액상 불소 흡착에 관한 연구 (A Study of Fluoride Adsorption in Aqueous Solution Using Iron Sludge based Adsorbent at Mine Drainage Treatment Facility)

  • 이준학;김선준
    • 자원환경지질
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    • 제54권6호
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    • pp.709-716
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    • 2021
  • 본 연구에서는 강원도 강릉에 위치한 광산배수 처리시설 침전지에서 채취한 철 수산화물 기반의 슬러지를 자연 건조해 제조한 흡착제를 사용하여 인공 불소 수용액 및 실제 광산배수에 적용하여 흡착제의 불소 흡착 특성을 확인하였다. 실험에 사용된 흡착제의 화학적 성분, 광물학적 특성 및 비표면적을 분석한 결과, 주구성광물로 산화 철(Fe2O3)이 79.2 wt.%를 차지하며, 결정구조 분석에서 방해석(CaCO3)과 관련된 피크가 분석되었다. 또한 불규칙한 표면과 216.78 m2·g-1의 비표면적을 가지고 있음이 확인되었다. 실내 회분식 실험에서는 반응시간, pH, 초기 불소 농도 및 온도 등의 변화가 흡착량 변화에 미치는 영향을 확인하였다. 동적 흡착실험 결과, 불소의 흡착은 반응 시작 16시간 후 3.85 mg·g-1의 흡착량을 보이며 흡착량이 증가하다 점차 흡착량의 증가율이 감소하였으며, 등온 흡착실험에서 확인된 흡착제의 이론적 최대 흡착량은 81.01 mg·g-1으로 분석되었다. 또한 pH가 증가할수록 불소의 흡착량이 감소하는 모습을 보였으며, 특히 흡착제의 영전하점인 pH 5.5 부근에서 급격한 감소량을 나타냈다. 한편 등온 흡착실험의 결과를 Langmuir 및 Freundlich 등온 흡착 모델에 적용하여 사용한 흡착제의 불소 흡착 메커니즘을 유추한 결과, Freundlich 등온 흡착 모델과 더 높은 상관관계(R2=0.9138)로 일치하는 모습을 보였다. Van't Hoff 식을 활용하여 흡착제의 열역학적 특성을 파악하기 위해 25℃에서 65℃까지 온도를 증가시키며 획득한 흡착량 정보로 열역학적 상수 𝚫H°와 𝚫G°을 계산하여 흡착제가 흡열의 흡착 특성을 보이며 반응이 비자발적임을 도출하였다. 마지막으로 약 12.8 mg·L-1의 불소 농도를 가지는 광산배수에 흡착제를 적용하여 실제 환경에서 흡착제의 적용가능성을 확인한 결과, 약 50%의 불소 제거효과가 있는 것으로 나타났다.

Memory Organization for a Fuzzy Controller.

  • Jee, K.D.S.;Poluzzi, R.;Russo, B.
    • 한국지능시스템학회:학술대회논문집
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    • 한국퍼지및지능시스템학회 1993년도 Fifth International Fuzzy Systems Association World Congress 93
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    • pp.1041-1043
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    • 1993
  • Fuzzy logic based Control Theory has gained much interest in the industrial world, thanks to its ability to formalize and solve in a very natural way many problems that are very difficult to quantify at an analytical level. This paper shows a solution for treating membership function inside hardware circuits. The proposed hardware structure optimizes the memoried size by using particular form of the vectorial representation. The process of memorizing fuzzy sets, i.e. their membership function, has always been one of the more problematic issues for the hardware implementation, due to the quite large memory space that is needed. To simplify such an implementation, it is commonly [1,2,8,9,10,11] used to limit the membership functions either to those having triangular or trapezoidal shape, or pre-definite shape. These kinds of functions are able to cover a large spectrum of applications with a limited usage of memory, since they can be memorized by specifying very few parameters ( ight, base, critical points, etc.). This however results in a loss of computational power due to computation on the medium points. A solution to this problem is obtained by discretizing the universe of discourse U, i.e. by fixing a finite number of points and memorizing the value of the membership functions on such points [3,10,14,15]. Such a solution provides a satisfying computational speed, a very high precision of definitions and gives the users the opportunity to choose membership functions of any shape. However, a significant memory waste can as well be registered. It is indeed possible that for each of the given fuzzy sets many elements of the universe of discourse have a membership value equal to zero. It has also been noticed that almost in all cases common points among fuzzy sets, i.e. points with non null membership values are very few. More specifically, in many applications, for each element u of U, there exists at most three fuzzy sets for which the membership value is ot null [3,5,6,7,12,13]. Our proposal is based on such hypotheses. Moreover, we use a technique that even though it does not restrict the shapes of membership functions, it reduces strongly the computational time for the membership values and optimizes the function memorization. In figure 1 it is represented a term set whose characteristics are common for fuzzy controllers and to which we will refer in the following. The above term set has a universe of discourse with 128 elements (so to have a good resolution), 8 fuzzy sets that describe the term set, 32 levels of discretization for the membership values. Clearly, the number of bits necessary for the given specifications are 5 for 32 truth levels, 3 for 8 membership functions and 7 for 128 levels of resolution. The memory depth is given by the dimension of the universe of the discourse (128 in our case) and it will be represented by the memory rows. The length of a world of memory is defined by: Length = nem (dm(m)+dm(fm) Where: fm is the maximum number of non null values in every element of the universe of the discourse, dm(m) is the dimension of the values of the membership function m, dm(fm) is the dimension of the word to represent the index of the highest membership function. In our case then Length=24. The memory dimension is therefore 128*24 bits. If we had chosen to memorize all values of the membership functions we would have needed to memorize on each memory row the membership value of each element. Fuzzy sets word dimension is 8*5 bits. Therefore, the dimension of the memory would have been 128*40 bits. Coherently with our hypothesis, in fig. 1 each element of universe of the discourse has a non null membership value on at most three fuzzy sets. Focusing on the elements 32,64,96 of the universe of discourse, they will be memorized as follows: The computation of the rule weights is done by comparing those bits that represent the index of the membership function, with the word of the program memor . The output bus of the Program Memory (μCOD), is given as input a comparator (Combinatory Net). If the index is equal to the bus value then one of the non null weight derives from the rule and it is produced as output, otherwise the output is zero (fig. 2). It is clear, that the memory dimension of the antecedent is in this way reduced since only non null values are memorized. Moreover, the time performance of the system is equivalent to the performance of a system using vectorial memorization of all weights. The dimensioning of the word is influenced by some parameters of the input variable. The most important parameter is the maximum number membership functions (nfm) having a non null value in each element of the universe of discourse. From our study in the field of fuzzy system, we see that typically nfm 3 and there are at most 16 membership function. At any rate, such a value can be increased up to the physical dimensional limit of the antecedent memory. A less important role n the optimization process of the word dimension is played by the number of membership functions defined for each linguistic term. The table below shows the request word dimension as a function of such parameters and compares our proposed method with the method of vectorial memorization[10]. Summing up, the characteristics of our method are: Users are not restricted to membership functions with specific shapes. The number of the fuzzy sets and the resolution of the vertical axis have a very small influence in increasing memory space. Weight computations are done by combinatorial network and therefore the time performance of the system is equivalent to the one of the vectorial method. The number of non null membership values on any element of the universe of discourse is limited. Such a constraint is usually non very restrictive since many controllers obtain a good precision with only three non null weights. The method here briefly described has been adopted by our group in the design of an optimized version of the coprocessor described in [10].

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