본 연구는 규소슬래그의 흡착제로서의 주요한 특성을 분석하고 규소슬래그와 수용상 비소와의 흡착특성을 규명하여 규소슬래그의 비소 흡착제로서의 활용가능성을 평가하고자 수행되었다. 규소슬래그의 비표면적은 6.71 $m^2/g$으로 다른 슬래그들에 비해 다소 높았으나, 비소 제어에 널리 이용되고 있는 철 (산수)산화물들에 비해서는 상대적으로 낮았다. 전위차 적정법(potentiometric titration)에 의해 측정된 영전하점(point of zero salt effect, PZSE)은 7.3으로 비교적 높아 주로 음이온으로 존재하는 비소의 흡착에 유리한 특성인 것으로 조사되었다. 흡착등온식을 알아보기 위한 실험결과, 두 비소 종 모두 Langmuir 등온식이 규소슬래그와의 흡착특성을 가장 잘 모사한 것으로 평가되었다. pH에 따른 흡착특성은 3가 비소는 pH 7에서 최대 흡착량을 보였고, 그 외 pH 조건에서는 흡착량이 현저하게 감소하였다. 5가 비소의 최대 흡착량은 가장 낮은 pH 조건(pH 4)에서 나타났으며, pH가 증가함에 따라 흡착량이 지속적으로 감소하는 것으로 조사되었다. 흡착반응속도를 알아보기 위한 실험결과, 3가 비소의 흡착은 2시간 이내에 평형에 도달하였으며, 5가 비소의 경우에는 8시간 이내에 평형에 도달하였다. 그리고 비소의 화학종과 관계없이 규소슬래그와의 흡착반응속도는 유사이차 반응속도모델이 가장 적합한 것으로 나타났다. 동일한 실험 조건에서 5가 비소가 3가 비소 보다 약 6배가량 큰 규소슬래그와의 친화력을 나타났다.
Alcaligenes eutrophus 균주로 poly-Beta-hydroxybutyrate(PHB) 생산을 위한 연속배양 공정의 성능에 미치는 희석비율, 주입 포도당 및 염화암모늄농도의 영향에 대하여 연구하였다. 주입 기질농도가 일정할때( 주입 포도당농도=20g/l, 주입 염화암모늄농도=2g/l), 생체성장속도와 PHB생성속도는 희석비율이 각각 0.1, $0.06h^{-1}$에서 최고 값을 나타냈고, $0.13h^{-1}$에서 세포가 전부 배출되었다. 희석비율이 증가함에 따라 비PHB 생성속도는 계속 증가하였지만 PHB 축적비는 50%에서 25%로 감소하였다. 세포농도는 주입 염화암모늄농도가 2g/l일 때 최고값을 나타내었고, 그 이상의 농도에서는 감소하였다. 이 실험결과로 암모늄에 의한 기질저해가 있음을 알 수 있었다. 주입 포도당농도가 30g/l에서 세포농도는 최고값을 나타냈지만 PHB 농도는 계속 증가하였따. 모델속도식에 대한 매개변수는 도식적 방법과 매개변수 추정으로 구하였고 희석비율, 주입 포도당농도, 주입 염화암모늄농도의영향에 대하여 모사한 결과 실험데이타와 잘 일치하였다.
본 연구는 일반적으로 낮은 육질등급으로 유통되는 한우수소고기에 대하여 소비자 관능평가를 실시하여 사회인구학적 요인과 한국소비자들의 관능특성간에 어떠한 관계가 있는지 알아보고, 이 결과를 한국소비자들을 위한 요리방법별 부위별 맛 예측 모델을 설정하기 위한 기초자료로 활용하고자 수행하였다. 24개월령 한우수소를 도축한 후 업진, 보섭, 채끝, 등심, 꾸리, 홍두깨, 목심, 설깃, 우둔, 양지부위를 분리하여 전국 소비자 650명을 대상으로 탕, 그릴 및 구이형태로 각각 조리하여 연도, 다즙성, 향미 및 전반적인 기호도를 평가한 결과 탕형태로 조리된 한우수소고기는 거주지역, 연령, 성별, 직업, 고기섭취습관 및 10개의 부위에 대한 관능특성 4가지 요인(연도, 다즙성, 향미 및 전반적인 기호도)과 모두 관련이 있는 것으로 나타났다. 스테이크 형태인 경우 쇠고기에 대한 기호성향이 거주지역, 연령 및 식습관 등과 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났으나 직업, 가족수, 가계수입 및 부위에 따라서는 유의적인 차이가 있는 것으로 나타났다(p<0.01). 구이형태인 경우 거주지역, 연령, 직업, 가계수입, 식습관 및 부위에 따라 기호도 성향에 차이가 있었다. 또한, 한우수소고기의 관능평가 결과에 대하여 주성분 분석을 실시한 결과 요리방법에 따라 연도, 다즙성, 향미 및 기호도가 부위별 관능특성에 미치는 가중치가 다른 것으로 분석되었다. 결론적으로 한국소비자들은 동일한 조건의 쇠고기일지라도 요리방법 및 부위에 따라 쇠고기 맛을 평가하는 기호도에 차이가 있었으며 이러한 점을 고려하여 부위별요리방법별 맛 예측모델을 확립한다면 한우고기를 차별화할 수 있는 유통시스템 개발이 가능할 것으로 생각된다.
활성탄을 흡착제로 이용한 2bed-6step PSA 공정에서 이성분 혼합기체 $H_2/Ar$(80%/ 20%)와 삼성분 혼합기체 $H_2/Ar/CH_4$(60%/ 20%/ 20%)의 수소 분리를 연구하였다. 비등온-비단열 상태에서 LRC 등온식과 LDF 모델을 고려하여 공정실험과 공정모사를 하였으며, 주기정상상태에 도달할 때까지 탑 내의 농도와 온도변화를 각각 알아보았다. 두 공정 모두에서 수소에 대한 순도 99%와 회수율 75%의 결과를 얻을 수 있었다. 이때, PSA 공정에 미치는 영향으로는 공급유량, 흡착압력 그리고 P/F ratio를 변수로 실험과 전산모사를 수행하여 결과를 비교하였다. 이 결과로부터, 다성분에서 최적의 공정조건을 결정에서 중요한 결정요인과 삼성분에서 최적의 공정조건을 알아보았다.
금속 철(Fe$^{0}$ )에 의한 TNT의 환원실험을 회분식 반응조를 사용하여 환원 상태에서 연구하였다. 실험 결과, 환원에 의한 TNT의 농도감소는 유사 1차 반응으로 나타났고 반응상수는 반응조에 첨가한 철의 표면적에 선형적으로 비례하였으며, 교반 속도 60 rpm에서의 반응상수는 0.0981$min^{-1}$m$^{-2}$ L로 측정되었다. Triaminotoluene로 추정되는 최종산물이 용액내에 축적되었다. 철 표면에 흡착된 물질을 용출하기 위하여 acetonitrile혹은 물(인산염 완충액, pH=7.0)로 추출을 시도하였으나 용출되는 물질은 극히 미량이었다. 또한, 용액 내에서 생물학적 분해에서의 주요 중간산물인 aminodinitrotoluenes은 검출되지 않았다. 그러므로, 철에 의한 TNT의 환원시 니트로기의 환원이 순차적으로 발생하여 아미노기를 형성하지 않고, 3개의 니트로기에 대하여 동시에 발생하는 것으로 사료된다. 이에 TNT의 환원 모델을 제시하였다.
최근, 국내에서는 물량절감과 경제성 확보를 목적으로 변단면 부재의 적용이 활발히 이루어지고 있으나 재료비선형을 이용한 설계방법으로는 취성파괴의 문제점에 대한 명확한 해결책을 제시하지 못하고 있으며, 변단면 부재의 초기변형, 폭두께비, 웨브 스티프너, 횡지지 거리등에 관한 연구가 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존에 연구된 이론식과 재료 및 기하 비선형 해석으로 신뢰성이 입증된 범용 유한요소 해석 프로그램인 ANSYS 9.0을 이용하여 춤이 큰 변단면 H형 보의 해석 모델을 완성하고 실험결과를 바탕으로 판-폭두께비와 비지지거리를 주요변수로 좌굴 및 극한내력을 평가하여, 웨브의 판폭두께비가 클 경우 좌굴내력이 감소하며, 횡 비지지 거리를 짧게 할 경우 연성능력을 향상시킬수 있음을 확인 하였다.
표준온도 상당시간을 이용하여 규칙적인 온도변화 조건에서 식품의 품질변화를 간편하게 예측하는 근사식의 유효성을 밝히기 위하여, 비등온 가속조건 및 상온저장 조건에서 Sucrose 가수분해속도를 측정한 설험자료로 비교, 분석을 분석하였다. 정속가열 (定速加熱) 가속(加速)실험을 통해 구한 sucrose의 가수분해 반응은 1차 반응이고, 활성화에너지는 25.84kcal/mol이었으며, 반응속도상수는 pH가 감소함에 따라 직선적으로 증가하였다. 하루 동안의 온도변화를 sine wave 형태 온도변화로 가정하고 하루 동안에 일어난 품질변화를 표준온도 $T_{ref}$에서 몇일 동안에 일어난 변화에 상당하는가를 의미하는 표준온도 상당시간 $T_{eq.i}$를 이용하여 품질변화를 근사적으로 간단히 예측하는 방법을 제안하였다. Sucrose 액체 모델 시스템을 sine wave 형태의 규칙적인 온도변화 조건에서의 가속 가수분해실험 결과와 $T_{eq.i}$를 이용하여 품질변화를 computer simulation한 결과, 실험값과 예측값과의 상관계수는 0.99로서 잘 일치하였으므로 표준온도상당시간을 이용한 예측 모델의 유효함을 확인하였다. 뿐만 아니라 sucrose 모델 시스템을 실제 상온 저장한 실험결과와 계절적 온도변화를 computer simulation하여 예측한 값과는 상관계수가 0.92로서 잘 일치하였다.
수중에 함유된 망간 이온은 인체에 독성 물질로 작용하며, 또한 신경계에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 특히 망간은 넓은 pH 영역에서 높은 용해성으로 인하여, 망간 제거가 어렵기 때문에 이를 효과적으로 처리하는 연구가 필요하다. 본 연구에서 소나무 수피 바이오차를 과산화수소로 화학적으로 개질하였고, 개질된 흡착제는 수중에서의 망간 이온 제거에 사용되었다. 개질된 흡착제는 망간이온 5, 10 mg/L 조건에서 각각 82.1, 56.2%의 높은 제거능력을 나타내었다. 또한 망간 농도 변화에 의한 흡착 데이터로부터 이론식에 적용하여 분석하였다. 그 결과 망간 이온의 흡착 거동은 Freundlich 보다는 Langmuir 모델에 잘 부합하였으며 또한, 동력학적 고찰에 의하면 유사 2차 반응식(pseudo-second order kinetic model)이 더욱 적합함을 알 수 있었다. 그리고 Gibbs 자유에너지 변화에서는 흡착 반응의 온도가 증가할수록 자발성이 보다 더 잘 이루어진다는 것을 도출하였다. 결과적으로 이러한 실험 결과들은 수중에 함유된 망간 이온을 효과적으로 제거하는 수처리 기술로 사용될 수 있을 것이다.
금속수소화물 $LaNi_5$와 $LaNi_{4.5}Al_{0.5}$을 화학적 합성법으로 제조하여, 합성된 금속수소화물의 물성을 다양한 방법으로 확인하였다. $LaNi_5$와 $LaNi_{4.5}Al_{0.5}$은 2회 정도 수소화/탈수소화 반응을 시키면 활성화되었으며, 압력-농도-온도 곡선을 측정한 결과 각각 6개와 5.5개의 수소원자가 저장되었다. $LaNi_{4.5}Al_{0.5}$의 경우 수소화 반응속도를 초기속도법으로 구한 결과 비반응 수축핵모델이 잘 적용되었으며, 수소화반응의 율속단계는 $LaNi_{4.5}Al_{0.5}$의 표면에서 수소분자의 해리화학흡착임을 알 수 있었다. $LaNi_{4.5}Al_{0.5}$의 수소화반응 활성화에너지는 $9.506kcal/mol-H_2$이었으며, 반응속도식은 273~343K와 $P_o-P_{eq}=0.25{\sim}0.66atm$의 범위에서 아래와 같이 표시되었다. $\frac{dX}{dt}=4.636(P_o-P_{eq})$ exp$\frac{-9506}{RT}$).
태백 탄전 지대에서 산출되는 비정질 철 수산화물 (AIO)에 대한 회귀 원소 흡착 반응의 총체적 평형 상수 $K_{ad,app}$를 계산하기 위해 시간-흡착 실험 및 pH-흡착 실험을 실시하였다. 이와 같은 두 실험 결과에 의하면, Pb을 제외한 모든 원소의 흡착 반응이 평형에 도달하여 계산된 $K_{ad,app}$값이 실제의 값일 가능성이 높음을 알 수 있다. 희귀 원소와AIO간의 흡착 반응에 대한 $K_{ad,app}$와 수소 이온의 반응 계수 x는 pH-흡착 실험 결과로부터 얻어진 log($\Gamma$/ [ $M^{2+}$]$_{aq}$ )와 pH에 대한 선형 희귀 식의 절편과 기울기로부터 계산되었다. 이 연구에서 계산된 $K_{ad,app}$는 $10^{-4.5}$에서 $10^{2.75}$ 범위의 값을 갖는데, 이는 다른 연구자들에 의한 단순 조성계에 대한 실험 결과와 많은 차이를 보인다. 이 연구에 의한 $K_{ad,app}$는 자연계의 다른 환경에서 평가된 것과 어느 정도 비슷한 값을 보이지만 정확히 일치하지는 않는다 이러한 사실은 연구 지역의 수계에서 $K_{ad,app}$가 독특한 그만의 값을 갖는 것을 나타내므로, 흡착 모델링 전에 반드시 연구 지역의 수계에 맞는 정확한 $K_{ad,app}$값이 평가되어야 함을 의미한다. 이 연구에 의한 x는 -0.3 내지 0.7의 값을 갖는데, 이 또한 일반적으로 지구화학자들 사이에서 받아들여지는 값과는 상당히 다른 것이다. 이러한 x값의 차이는 아마도 흡착 자리에 대한 다른 이온종간의 경쟁 또는 종류가 다른 여러 흡착 반응의 동시 진행에 의한 것으로 생각된다. 이 연구의 결과는 태백 지역에서의 탄광 폐수에 오염된 수계 내에서의 적절한 흡착 모델을 세우는데 도움을 줄 것이다. 이렇게 세워진 흡착 모델을 이용하여 수계 내에서의 흡착에 따른 금속 원소 함량 변화를 기술할 수 있을 것이며, 이는 태백 탄전 지역에서의 광산 폐수가 수질에 미치는 영향에 대한 연구에 중요한 부분이 될 것이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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