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알루미늄 폐드로스를 활용한 SCR 탈질촉매 제조 및 특성평가
배민아(Bae, Min A),김홍대(Kim, Hong Dae),이만식(Lee, Man-Sig) 한국산학기술학회 2013 한국산학기술학회논문지 Vol.14 No.10
알루미늄 금속이 용해될 시 대기와 접촉한 용탕 표면에서 생성되는 알루미늄 드로스는 알루미늄 생산 공정에서 발생되는 필수적인 부산물이다. 그러나 알루미늄 드로스의 대부분은 매립에 의한 처리가 이루어지고 있어 환경오염의 원인이 되고 있다. 본 연구에서는 알루미늄 드로스를 재자원화 하여 SCR(Selective Catalytic Reduction) 촉매의 담체에 일부 대체하는 연구를 진행하였다. 재활용 된 알루미늄 드로스를 촉매 원료 WO₃, V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>, TiO₂와 혼합하여 V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>-WO₃/TiO₂-AL<sub>2</sub>O₃ SCR촉매를 제조하였다. 제조 된 V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>-WO₃/TiO₂-AL<sub>2</sub>O₃ SCR촉매는 XRD, XRF, BET 분석을 통해 특성평가를 진행 하였으 며, 내구성 평가를 통해 AL<sub>2</sub>O₃ 함량이 증가할수록 V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>-WO₃/TiO₂-AL<sub>2</sub>O₃ SCR촉매의 강도가 증가하는 것을 확인 할 수 있었다. MR(Micro-Reactor)을 이용한 촉매 활성평가를 진행하여 촉매의 실사용 온도 350℃~400℃에서 90%이상의 촉매 효율을 나타내었다. Aluminum dross is formation at the surface of the molten metal as the latter reacts with the furnace atmosphere and it was an unavoidable by-product of the aluminum production process. However aluminum dross was usually landfilled or disposed without treatment, causing much environmental damage. The purpose of this study is to investigate the possibility of ceramic catalyst support using recycled Al dross. The recycled Al dross was made into SCR catalyst by mixing with WO₃, V<sub>2</sub>O<sub>5</sub> and TiO₂. The V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>-WO₃/TiO₂-AL<sub>2</sub>O₃ SCR catalyst was observed with XRF, XRD and BET. V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>-WO₃/TiO₂-AL<sub>2</sub>O₃ SCR strength was measured by Universal Testing Machine(UTM). As the added AL<sub>2</sub>O₃, streagth is increased. And the NOx removal activity was observed by MR(Micro-Reactor). The temperatures ranging from 350℃ and 400℃, V<sub>2</sub>O<sub>5</sub>-WO₃/TiO₂-AL<sub>2</sub>O₃ SCR catalyst De-NOx performance result of showed excellent activity over 90% at application condition.
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생체흡착, 탈착 및 회화를 이용한 시안 용액으로부터 금의 회수
배민아(Min A Bae),곽인섭(In-Seob Kwak),원성욱(Sung Wook Won),윤영상(Yeoung-Sang Yun) 한국청정기술학회 2010 청정기술 Vol.16 No.2
본 연구에서는 Au(I) 이온을 함유한 시안 용액으로부터 다른 형태의 금을 회수하기 위하여 생체흡착 후 탈착하는 방법과 생체흡착 후 회화하는 방법을 제안하였다. 생체흡착제로는 아미노산 발효 공정에서 발생하는 균체 폐기물(Corynebacterium glutamicum)을 사용하였다. 바이오매스의 흡착 특성을 알아 보기 위하여 pH edge 실험을 수행하였으며, 그 결과 흡착성능은 pH 2-3 부근에서 우수한 결과를 보였다. 또한, 등온흡착 실험 결과를 Langmuir 모델에 적용한 결과 Au(I)의 최대 흡착량은 pH 2.5에서 35.15 mg/g이었다. 흡착 속도론 실험을 통해 흡착 평형은 60분 이내의 짧은 시간 내에 이루어지는 것을 확인하였다. Au(I)을 회수하기 위하여 바이오매스에 흡착된 Au(I)을 탈이온수를 이용하여 탈착을 시켰으며, 탈착효율은 91%로 평가되었다. 이 결과는 바이오매스를 이용하여 흡착과 탈착을 통해 1가 금을 효과적으로 회수할 수 있음을 보여준다. 영가 형태로 회수하기 위하여, 금을 흡착하고 있는 생체흡착제를 회화하여 환원된 형태의 금을 성공적으로 회수하였으며, 회분 중 금의 순도는 85% 이상이었다. 따라서 본 연구에서 제시한 생체흡착 후 탈착(1가 형태) 공정과 생체흡착 후 회화(영가 형태) 공정은 회수하고자 하는 금의 산화수에 따라 선택하여 사용될 수 있을 것으로 기대된다. In this study, we propose two methods able to recover different type of gold from gold-cyanide solutions: biosorption and desorption process for mono-valent gold recovery and biosorption and incineration process for zero-valent gold recovery. The waste bacterial biomass of Corynebacterium glutamicum generated from amino acid fermentation industry was used as a biosorbent. The pH edge experiments indicated that the optimal pH range was pH 2 - 3. From isothermal experiment and its fitting with Langmuir equation, the maximum uptake capacity of Au(I) at pH 2.5 were determined to be 35.15 mg/g. Kinetic tests evidenced that the process is very fast so that biosorption equilibrium was completed within the 60 min. To recover Au(I), the gold ions were able to be successfully eluted from the Au-loaded biosorbent by changing the pH to pH 7 and the desorption efficiency was 91%. This indicates that the combined process of biosorption and desorption would be effective for the recovery of Au(I). In order to recover zero-valent gold, the Au-loaded biosorbents were incinerated. The content of zero-valent gold in the incineration ash was as high as 85%. Therefore, we claim on the basis of the results that two suggested combined processes could be useful to recover gold from cyanide solutions and chosen according to the type of gold to be recovered.
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증기 침입 해석 알고리즘을 이용한 실내 공기 오염 예측
배민서(Min Seo Bae),김재현(Jae-Hyun Kim),김주희(Juhee Kim),이순재(Soonjae Lee) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
지중생활공간 내로 증기 침입은 오염부지 위해도 평가에 고려되는 한 가지 경로로서, 오염부지의 위해도 저감기술과 관련하여 그 중요성이 부각되고 있다. 본 연구에서는 지중생활공간의 위해성 평가를 위해 개발된 다양한 증기 침입 해석 알고리즘의 해석가능한 개념모델과 실내공기질 예측 결과를 비교하였다. 증기 침입 위해성 평가 프로그램으로서 JEM, VOLASOIL, PVI2D를 조사 대상으로 선정하였으며, NAPL에 의한 자유상 유류 오염 환경을 가정한 가상적 오염부지를 대상으로 증기침입에 의한 지중생활공간의 실내공기질을 모델링 하였다. 오염원의 깊이(얕은 심도/깊은 심도), 오염원의 매체(지하수/토양), 기반시설의 균열이 차지하는 비율(보통/높음)을 반영한 4가지 오염 상황에 대해 증기 침입 경로에 의한 실내 공기질을 예측하고, 알고리즘에 적용한 결과를 비교하였으며, 이를 기반으로 프로그램별 설명가능한 부지 개념모델의 적용성을 평가하였다.
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배민서(Min Seo Bae),곽호연(Ho Yeon Kwak),김주희(Juhee Kim),김재현(Jae-Hyun Kim),이순재(Soonjae Lee) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
양수 처리 시스템을 활용한 오염 확산 방지 기법의 효율적 적용을 위해서는 부지 환경을 고려한 설계와 적정 운영 방법이 필요하다. 본 연구에서는 간헐적 양수 처리 기법을 대상으로 양수정/주입정 배치 및 양수량, 양수 시간 등의 설계/운영 요인을 고려하여 오염 확산 방지 효율 최적화 기법에 대해 수치적 모델링을 사용하여 연구하였다. 지하수 유동 및 용질 운송은 MODFLOW와 MODPATH/MT3DMS를 사용하였다. 가상적 오염부지는 대수층의 투수성과 공극률 등 수리지질학적 특성을 반영한 지질매체로 구현하고, 일직선 상 양수정과 주입정을 두 개씩 배치하여 오염확산 방지 시설을 모사하였다. 일정수두경계를 부여하여 모사한 정류상태 지하수 흐름장에서 오염운의 거동 및 포획 구간 평가를 수행하였다. 구축된 모델에 다양한 대수층의 수리지질학적 특성, 양수정/주입정 배치, 양수량, 간헐적 양수 시간 조절을 고려하여 오염 확산 방지 효율에 미치는 영향에 대해 확인하고, 이를 통해 각 요소에 대한 민감도를 분석하였다. 오염 확산 차단 효율 및 양수 처리 시스템의 효율을 평가하고 양수량 및 운영기간에 대한 최적화 조건을 도출하였다.
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전주 산업단지 주변 지하수 흐름 모의 및 오염 이동경로 추적
김주희(Juhee Kim),배민서(Min Seo Bae),이순재(Soonjae Lee) 대한지질학회 2021 대한지질학회 학술대회 Vol.2021 No.10
본 연구에서는 수치적 모델링을 이용하여 전주 산업단지 주변 지하수 흐름을 해석하고 지하수 오염의 이동경로를 추정하였다. 지하수 오염 실태조사에서 획득한 지역의 기초정보 및 지하수 오염 정보를 이용하여 지하수 모델을 구축하였다. 연구 지역은 전라북도 전주시 덕진구 일대이며 이를 포함하는 전주천하류, 만경강 중류, 삼천의 3개의 소유역을 통합하여 광역적 지하수 모델의 경계 영역으로 정의하고, 만경강은 일정수두경계, 만경강의 동측 부분에서 분리된 전주천은 하천경계, 소하천과 지류들은 배수경계로 설정하였다. 부지의 지중환경은 수치지형도와 공개 시추공자료를 활용하여, 지역의 수문학적 특성은 강수량자료를 참고하였다. MODFLOW-USG를 이용하여 이들 정보를 반영한 유역 규모의 정류 상태 지하수 모델을 구축하였다. 오염물질의 이동경로 추정은 USG-Transport 기능을 활용하였다. 부지 지하수 오염실태조사에서 보고된 TCE, PCE가 검출지점 및 농도 자료를 기반으로 오염운의 범위를 추정하였다. 이류 확산과정을 고려하여 관측정으로 유입된 오염의 이동 경로를 역추적하였으며, 이를 통해 오염원의 위치 및 지점 수에 대한 추정 가능성에 대해 고찰하였다. 오염원 추정 지점에 오염 누출을 가정한 용질운송 모델링을 통해 지중환경내 지하수 오염 확산 가능성을 평가하고 초기 예측 오염범위와 비교하였다.
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김경호 ( Kyeong Ho Kim ),배민아 ( Min A Bae ),이만식 ( Man Sig Lee ),백재호 ( Jae Ho Baek ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-
사형 주조에 사용되는 점결제는 페놀과 푸란 같은 유기바인더를 주로 사용하고 있으며, 폐주물사는 유기바인더를 고온의 열로 태워서 재생하고 있다. 그러나 주조 과정에서 고온에 노출된 유기바인더는 유해가스가 발생하며, 이를 원천적으로 줄이기 위한 물유리 기반의 무기바인더 사용이 증가하고 있다. 무기바인더를 사용한 폐주물사는 열적 재생하는 유기바인더와 달리 알칼리 용액을 이용한 습식 재생의 효율이 높다가 알려져 있다. 본 연구에서는 무기바인더를 사용한 폐주물사의 습식 재생에 대한 실험과 경제성 평가를 진행하였다. 폐주물사의 습식 재생 공정은 수산화칼륨 용액을 이용하여 무기바인더를 1차로 제거하고 증류수를 이용해 잔류한 바인더와 세척액을 제거하였다. 또한 바인더의 잔류량에 따라 증류수 세척 공정을 추가하였으며, 최종적으로 오븐을 이용해 재생사를 건조하였다. 경제성 평가는 재생 공정에 사용된 약품, 전기, 용수 사용량을 바탕으로 공정별로 계산하였다. 폐주물사의 바인더 제거율은 Na 함량을 기준으로 평가하였으며, 폐주물사의 Na 성분은 1.26%이었으며, 알칼리 용액으로 세척한 후 Na 성분은 0.25%로 나타났다. 증류수를 이용해 2회 추가 세척한 후 Na 성분은 0.07%로 나타나, 99% 이상의 바인더가 제거되었다. 폐주물사의 재생은 알칼리 세척-여과-물 세척-여과-건조 공정으로 진행하였으며, 폐사 1 kg을 재생하는데 사용된 전기는 536.2 Wh이며, 용수 4.1 kg, 약품 11.3 g을 사용하였고 폐사 1 kg을 재생하는데 소요되는 비용은 146.7원으로 나타났다. 따라서 주물사의 구매와 매립 비용을 고려하면 폐주물사의 습식 재생은 충분한 경제성이 있는 것으로 판단된다. 다만 정확한 경제성 평가를 위해서는 폐주물사의 재사용 횟수와 이에 따른 특성 변화, 세척액 재이용 등을 고려한 추가 연구가 필요하다.
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