목질계 바이오매스의 리그닌-탄수화물 복합체(Lignin-carbohydrate complex; LCC) 분리와 구조분석

신윤정 ( Yoon-jung Shin ),조하영 ( Ha-young Cho ),이재원 ( Jae-won Lee ) 한국목재공학회 2022 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2022 No.1

화석연료의 광범위한 사용으로 에너지 고갈과 환경오염 문제가 대두되고 있다. 최근 화석연료 기반의산업들이 탄소배출을 감소시킬 수 있는 친환경 산업으로 전환되고 있다. 목질계 바이오매스는 재생가능 하고 친환경적인 중요한 소재 중 하나이다. 이들을 효율적으로 사용하기 위해서는 분해거동에 대한 이해가 선행되어야 한다. 목질계 바이오매스는 수종에 따라 다른 리그닌-탄수화물 복합체 구조를 형성한다. 이러한 리그닌-탄수화물 복합체 결합의 차이는 바이오매스의 전처리 및 효소가수분해에 영향을 미친다. 따라서, 본 연구에서는 수종에 따른 리그닌-탄수화물 복합체의 분석을 통하여 구조적 차이를 확인하고자 한다. 분석 시료는 침엽수(낙엽송, 소나무) 2종과 활엽수(참나무, 유칼립투스) 2종을 사용하였다. 리그닌-탄수화물 복합체 분리 방법으로는 선행연구에 따라서 DMSO/TBAH 처리 후 Ba(OH)₂ 처리하여 고형잔사와 가용 부분을 획득하는 방법으로 수행하였다. 바이오매스로부터 획득한 LCC1 (Glucan-Lignin), LCC2(Glucomannan-Lignin), LCC3(Xylan-Lignin)을 구조분석을 수행하였다. 바이오매스의 LCC 분리 수율은 60~90 %로 나타났고, LCC1, 2, 3의 비율은 수종에 따라 차이를 보였다. X선 회절분석으로 LCC 결정성 영역은 낮았고, 퓨리에 변환 적외선 분광법을 통해 1423 cm-1에서 리그닌관련 피크의 변화가 나타났다. 또한, 핵자기공명 분석을 통해 수종에 따른 구조적인 차이를 확인하였다.

목질계 바이오매스 유래 바이오차의 특성과 메틸렌블루 흡착 효과

신윤정 ( Yoon-jung Shin ),송대연 ( Dae-yeon Song ),이은주 ( Eun-ju Lee ),이재원 ( Jae-won Lee ) 한국공업화학회 2023 공업화학 Vol.34 No.2

In this study, biochar was produced from biomass waste, and its methylene blue adsorption capacity was evaluated. The major components of the biomass were cellulose, hemicellulose, and lignin. Ash content was high in waste wood. Carbonization yield decreased as carbonization temperature increased, as did hydrogen and oxygen content, but carbon content increased. Increased carbonization temperature also increased the specific surface area and micropores of biochar. At 600 ℃, biochar had the highest specific surface area (216.15~301.80 ㎡/g). As a result of methylene blue adsorption on biochar carbonized at 600 ℃, oak, waste wood, and pruned apple tree branches fit the Freundlich model, while pruned peach tree branches fit the Langmuir model. In the adsorption kinetics of methylene blue on biochar, oak and pruned peach tree branches fit a pseudo- first-order model, while waste wood and pruned apple tree branches fit a pseudo-second-order model.

미이용 바이오매스를 이용한 펠릿성형-입자크기를 중심으로

신윤정 ( Yoon-jung Shin ),박윤 ( Yoon Park ),양지원 ( Ji-won Yang ),이성초 ( Sung-cho Yi ),이재원 ( Jae-won Lee ) 한국목재공학회 2021 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.2

바이오매스는 화석연료를 대체할 수 있는 신재생에너지로 탄소 중립적이며 재생 가능한 에너지 자원이다. 최근 바이오매스를 원료로 한 에너지의 사용량이 증가하고 있다. 그 중에서도 미이용 바이오매스는 매년 다량으로 배출되고 있지만 그대로 방치되고 있다. 따라서 재생에너지의 주요 공급원으로 미이용 바이오매스를 효과적으로 사용할 수 있는 방안을 마련해야 한다. 본 연구에서는 연료로서 미이용 바이오매스의 활용 가능성을 평가하고자 수종 및 입자크기 조건에 따른 펠릿성형 특성을 비교 분석하였다. 미이용 바이오매스로는 레드파인 부산물, 벌채부산물, 과수전정가지를 사용하였으며 입자크기를 20mesh 이하, 20~80 mesh, 80 mesh 이상으로 분류하여 펠릿성형을 하였다. 연구 결과, 펠릿성형에 영향을 미치는 인자인 회분 함량은 과수전정가지가 3.69%로 가장 높게 측정되었으며, 리그닌의 함량 또한 31.75%로 많은 양을 포함하고 있었다. 원소분석 결과, 탄소 함량은 레드파인 부산물에서 49.69%로 가장 높게 나타났고 대기오염을 유발하는 질소가 0.11%로 소량 검출되었다. 펠릿 최적압력은 과수전정가지 20 mesh 이하의 입자크기에서 성형한 펠릿이 2432㎏/㎠로 가장 높게 나왔다.

적정기술 기반 베트남 초등학교 식수 공급 및 가정용 바이오샌드필터 보급 프로젝트

신윤정(Yoon-Jung Shin),김현우(Hyunwoo Kim),심인태(Intae Shim) 대한토목학회 2016 대한토목학회지 Vol.64 No.4

수열처리 바이오매스의 헤미셀룰로오스와 리그닌 특성분석

신윤정 ( Yoon-jung Shin ),박윤 ( Yoon Park ),송대연 ( Dae-yeon Song ),이은주 ( Eun-ju Lee ),이재원 ( Jae-won Lee ) 한국목재공학회 2023 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2023 No.1

3D 프린터 필라멘트 제작용 대나무/PLA 바이오복합재료 개발 연구

신윤정 ( Yoon Jung Shin ),윤현주 ( Hyeon Ju Yun ),이은주 ( Eun Ju Lee ),정우양 ( Woo Yang Chung ) 한국목재공학회 2018 목재공학 Vol.46 No.1

본 연구에서는 대표적인 친환경 소재인 바이오복합재료(bio-composite)를 이용한 3D 프린터 필라멘트를 제작하였다. 바이오복합재료의 제조를 위해 매트릭스로는 생분해성 고분자인 poly lactic acid (PLA)를 그리고 충전제로는 대나무 분말(Bamboo flour)을 사용하였다. 대나무는 담양에서 생산되는 왕대, 솜대, 죽순대를 이용하였으며, 대나무 분말과 PLA의 혼합비율은 중량기준 10/90, 20/80, 30/70으로 설정하였다. 3개 죽종으로 제조한 대나무/PLA 바이오복합재료의 기본물성 평가를 위해 인장강도를 비교하였다. 그 결과, 왕대 분말/PLA의 비율이 10/90일 때의 인장강도가 7.12 MPa로 가장 높게 나타남으로써 3D 프린터 필라멘트 제작용 대나무/PLA 바이오복합재료로 가장 적합한 것으로 판단되었으며, 현미경 관찰 결과, 죽분의 함량을 더욱 낮춘 필라멘트를 제작할 필요성이 있다고 판단된다. In this study, the 3D printer filaments were manufactured by using the representative eco-friendly material, bio-composite. Bio-composites were made by incorporating biodegradable polymer of poly lactic acid (PLA) as the matrix and bamboo flour as the filler. The bamboos which were used in this experiment are Phyllostachys bambusoides, Phyllostachys nigra var. henonis, and Phyllostachys pubescen grown in Damyang district in Korea, and the mixture ratio between bamboo flour and PLA were set 10/90, 20/80, 30/70 by weight standard. Also, tensile strength of bamboo/ PLA bio-composites manufactured with three kinds of bamboo were estimated and compared. In this result, the highest estimated bio-composites was Phyllostachys bambusoides flour/PLA which mixture ratio was 10/90, that is, it was the most suitable bamboo/PLA bio-composites for manufacturing 3D printer filament.

고대 이집트 장신구에 관한 연구

신윤정(Yoon Jung Shin),이형규(Hyung Kyu Lee) 한국디자인과학학회 2001 디자인과학연구 Vol.4 No.3

태초의 인간은 금속이나 돌을 자유롭게 다루기 이전에 곡물낟알, 조가비로 만든 단순한 모양의 비드로서 치장하였다. 이러한 것들은 단순히 장식을 위한 목적에서 사용되었던 것이 아니라 종교적인 의미도 내포하고 있다. 태양과 신을 숭상한 이집트인들은 장신구의 이미지를 형상화 할 수 있는 상징물을 만들었고, 기하학적인 상형문자나 옭매듭을 활용하여 장신구를 제작하였다. 이집트의 건축물이나 벽화 그리고 모든 신들과 왕들을 위한 공예품들은 자연적인 형태를 가지고 있으며 매우 민족적이고 창조적임을 알 수 있었다. 이번 연구를 통하여 광범위한 이집트의 역사 속에 장신구 시대별 특징을 비교 분석하였으며 이를 통하여 장신구의 변천배경과 그들이 가졌던 생각과 이념들에 관해 이해할 수 있었다. 또한 장신구가 지닌 다중적 의미를 되새기게 한 좋은 계기가 되었다. Long ago, human beings adorn oneself with beads made of clams and grains because they couldn`t have any instruments used for sharpening stones and metals. These were expressed not only for decoration but also for the meaning of religion. Egyptian created something symbolic that could realize the sun, image of gods for their talisman. In addition to they would use hieroglyphic characters and knots of clothes. The peculiarity of Egyptian art means that it is shows us its nature though it is simply so plain. The art of Egyptian must be more gorgeous and brilliant than any other countries. In Egypt, architectures, pictures and objects of craft work were all for gods, emperors and nobles. And we can find they are very scientific and delicate enough to explore. This study was a wonderful experience that makes me think of the meaning of decorations.

임업·농업 부산물을 이용하여 제조한 목재펠릿 성형 특성

신윤정(Yoon-Jung Shin),박윤(Yoon Park),이재원(Jae-Won Lee) 한국산림바이오에너지학회 2023 산림바이오에너지 Vol.31 No.1

분리방법에 따른 바이오매스의 리그닌-탄수화물 복합체 특성분석

신윤정 ( Yoon-jung Shin ),이은주 ( Eun-ju Lee ),이재원 ( Jae-won Lee ) 한국목재공학회 2021 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2021 No.2

목질계 바이오매스 기반 바이오연료 및 화학물질은 바이오리파이너리 시스템을 통해 생산되며 기존에 사용되는 화석연료의 문제점을 해결하기 위한 대안이 될 수 있다. 바이오매스는 종류에 따라 서로 다른 Lignin-carbohydrate complex(LCC) 구조를 가지고 있으며 이러한 구조적 차이는 바이오매스 전처리 및 효소가수분해 효율에 직접적인 영향을 준다. 바이오매스 전처리 및 효소가수분해 효율은 단순히 촉매 및 반응조건의 선택으로 최적의 조건을 도출할 수 없으며 바이오매스 구조와 분해메커니즘을 이해해야 효율적이며 경제적인 바이오리파이너리 공정을 제안할 수 있다. 본 연구에서는 hemicellulose 구조가 다른 바이오매스를 선정하여 LCC 분리방법에 따른 LCC 성분 구조 차이를 분석하고자 한다. 분석 원료로 4-O-methyl glucronoxylan 구조의 활엽수를 대표할 수 있는 참나무와 유칼립투스를 선정하였으며, 침엽수로 galactoglucomannan을 포함하는 육송과 arabinogalactan 구조의 낙엽송을 선정하였다. LCC 분리방법으로는 DMSO/TBAH 처리 후 Ba(OH)2를 처리하여 잔사와 가용 부분을 얻는 방법 등으로 진행하였다. 바이오매스 수종에 따라 다양한 방법이 제안되고 있어 본 연구에 사용되는 수종에 적합한 LCC 분리 방법을 탐색하였다. 최적의 LCC 분리방법을 적용하여 각각의 바이오매스로부터 LCC1(Glucan-Lignin), LCC2(Glucomannan-Lignin), LCC3(Xylan-Lignin), LCC4(Glucan-Xylan-Lignin)를 분리하였다. 분리한 LCC의 구조분석을 실시하여 바이오매스 수종에 따른 LCC의 화학적, 구조적 특성을 확인하였다.

H₃PO₄ 처리한 바이오차의 특성분석 및 메틸오렌지, 메틸렌블루 흡착

신윤정 ( Yoon-jung Shin ),이재원 ( Jae-won Lee ) 한국환경농학회 2023 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2023 No.0

전세계적으로 살충제, 중금속, 염료 등을 포함하는 다양한 오염물질로 인해 수질 오염 문제가 증가하였다. 오염물질을 제거하기 위한 방법으로 흡착은 효율적인 기술, 저비용, 고성능 및 환경 친화적이라는 장점이 있다. 흡착제로 바이오차를 사용하면 풍부한 공극 부피 및 다양한 작용기로 인해 오염물질의 제거에 적용할 수 있다. 바이오차의 물리적 구조와 화학적 특성은 흡착 과정에 영향을 미치는 주요 요인이다. 바이오차의 흡착 능력을 향상시키기 위한 방법으로는 KOH, NaOH, ZnCl₂, H₃PO₄를 이용한 화학적 처리가 있다. 그 중에서, H₃PO₄ 처리는 바이오차와 H₃PO₄가 반응하여 표면에 -P=O 및 -P=OOH 작용기를 형성하여 흡착물질과의 상호작용을 향상시킨다. 본 연구에서는 벌채 부산물 및 참나무를 이용하여 H₃PO₄ 처리한 바이오차의 특성분석 및 메틸오렌지, 메틸렌블루 흡착 실험을 진행하였다. H₃PO₄ 처리는 25 g의 바이오매스와 40% H₃PO₄ (250 mL)를 1:10(w/v)으로 혼합하여 24시간 교반 후 건조하여 사용하였다. H₃PO₄ 처리 전후 바이오차는 탄화로를 이용하여 600℃로 1시간 동안 반응하여 제조하였다. H₃PO₄ 처리 전후 바이오차의 특성분석은 원소분석, X선 회절 분석(XRD), 푸리에 변환 적외선 분광 분석(FTIR), Brunauer-Emmett-Teller (BET) 방법으로 비표면적 분석, Barrett-Joyner-Halenda (BJH) 방법으로 공극분포 분석을 수행하였다. H₃PO₄ 처리한 바이오차의 탄화수율이 70~80%로 처리하지 않은 바이오차보다 높게 나타났다. FTIR 분석 결과, H₃PO₄ 처리 후 P 관련 작용기(P=O 및 P=OOH) 피크가 1220 cm-1에서 나타났으며, 구조적 변화는 H₃PO₄ 처리에 의해 고온에서 산소와 인의 결합에 의한 것으로 판단된다. H₃PO₄ 처리 전후 바이오차의 ICP-OES 분석 결과, H₃PO₄ 처리 후 인 함량이 증가하였다. 이것은 H₃PO₄ 처리를 통해 바이오차 표면에 인이 도포되었음을 의미한다. 원시료와 비교했을 때, H₃PO₄ 처리 전후 바이오차의 탄소함량은 증가하였고, 수소 및 산소함량은 감소하는 경향이 나타났다. 또한, H₃PO₄ 처리 전후 바이오차의 비표면적은 원시료와 비교했을 때 증가하였다. H₃PO₄ 처리 후 바이오차의 비표면적은 벌채부산물이 1369.50 ㎡/g, 참나무는 1563.90 ㎡/g으로 처리하지 않은 바이오차보다 높았고, 공극 크기는 H₃PO₄ 처리 후 바이오차에서 벌채부산물이 1.82 nm, 참나무가 1.75 nm로 미세공극(< 2 nm)으로 나타났다. 또한, 바이오차에 메틸오렌지, 메틸렌블루 흡착 실험을 진행하여 흡착제로서의 가능성을 평가하였다. 메틸오렌지, 메틸렌블루 흡착 실험을 진행한 후 오염물질 제거율을 분석하였고, Langmuir model과 Freundlich model로 흡착등온선을 평가하였다.