과산화수소 처리에 의한 토양 유기물 분해 반응의 온도 변화

백누리 ( Nu-ri Baek ),정영재 ( Young-jae Jeong ),서보성 ( Bo-seong Seo ),이수진 ( Su-jin Lee ),이승민 ( Seung-min Lee ),김한중 ( Han-joong Kim ),최현수 ( Hyeon-soo Choi ),오효림 ( Hyo-rim Oh ),박서우 ( Se-ou Park ),신은서 ( Eun-se 한국환경농학회 2021 한국환경농학회 학술대회집 Vol.2021 No.-

토양 유기물은 토양 건강의 가장 중요한 지표이다. 토양 유기물은 대표적으로 원소분석기를 이용한 산화법과 Walkley Black (WB) 방법을 이용한 습식분해법으로 분석할 수 있다. 하지만, 원소 분석기는 고가의 장비이고, 중크롬산칼륨과 황산 등을 사용하는 WB 방법은 실험의 위험성과 폐액발생 등의 문제가 있다. 따라서, 보다 간편하고 안전하게 토양 유기물 함량을 분석할 수 있는 방법을 개발할 필요가 있다. 본 연구에서는 환경 독성이 거의 없는 과산화수소(산화제)와 토양을 반응시켜, 토양 유기물 산화에 의해 발생하는 열에 의한 온도 상승을 이용한 토양 유기물 함량 분석법 개발을 위한 예비 실험을 수행하였다. 토양(5.52 g C kg^-1) 0.25-10 g (탄소로 1.4-55.2 mg)을 250mL 삼각플라스크에 담고 30% 과산화수소 20 mL를 투입하여 토양 유기물을 산화시켰다. 토양 1 g 이상에서 반응 온도가 유의하게 증가하였고, 토양 5 g 이상에서는 반응 10분 이내에 온도가 85-90℃ 까지 상승하였다. 토양 투입량(탄소함량)과 최대 온도 간에 결정계수 0.96 이상의 상관관계가 있었다. 과산화수소의 산화 반응 후 잔류 토양의 탄소함량을 분석한 결과 초기 탄소의 10-14%가 산화되었으며, 토양 투입량이 1 g에서 10 g으로 증가함에 따라 산화율은 66%에서 24%로 감소하였다. 본 연구 결과를 통해 토양 유기물 함량에 따라 과산화수소와의 산화 반응에서 발생하는 열에 의한 온도 차이가 뚜렷하게 나타나는 것을 확인하였다. 향후, 이를 활용하여 토양 유기물 함량을 간편하게 분석할 수 있는 기법 개발이 가능할 것으로 기대된다.

Chemkin 기반의 1차원 대향류 확산 화염 모델을 활용한 재순환율 및 수소 함량에 따른 메탄-수소 무화염 연소 특성 해석 연구

유지호,박진제,이용운,홍종섭,이영재 한국청정기술학회 2022 청정기술 Vol.28 No.3

세계는 탄소 중립 사회로의 전환을 추진하고 있으며, 탄화수소계 연료를 수소로 대체함으로써 탄소 중립에 대한 기여를 기대할 수 있다. 하지만 수소 연소에 따른 질소산화물을 제어하기 위한 기술이 필요하며, 무화염 연소 기술이 하나의 대안이 될 수있다. 본 연구는 수소 함량 및 배가스 재순환율에 따른 메탄-수소 연료의 연소 및 반응 특성을 분석하기 위해 Chemkin 기반의 1 차원 대향류 확산화염 모델을 이용하여 해석을 수행하였다. 메탄 연소시 재순환율이 2에서 3으로 증가할 때 열방출의 흡열 구간이 없고 최대 열방출률 영역이 하나로 병합되는 무화염 연소가 달성되었다. 재순환율 3의 수소 전소 시 열방출 측면에서 무화염 연소가 달성되었으나, 화염 구조의 측면에서는 무화염 연소 달성 여부의 판단이 어렵다. 하지만 NO 생성량은 메탄 무화염 연소와 비교하여 유사한 수준으로 예측되었기에 수소 무화염 연소를 규정하기 위해서는 화염 구조, 열방출, NOx 생성에 대한 복합적인 고려가 필요하다.

꽃매미(Lycorma delicatula)의 발육단계별 표피탄화수소 비교

조선란,이정은,정진원,양정오,윤창만,김길하,Cho, Sun-Ran,Lee, Jeong-Eun,Jeong, Jin-Won,Yang, Jeong-Oh,Yoon, Chang-Mann,Kim, Gil-Hah 한국응용곤충학회 2011 한국응용곤충학회지 Vol.50 No.3

Aliphatic cuticular hydrocarbons (CHCs) of different developmental stages of the spot clothing wax cicada, Lycorma delicatula (Hemiptera: Fulgoridae) were analyzed using GC and GC-MS. The numbers of carbons in the major CHCs of each developmental stage 32, 33, 28, 38, 37 in the egg, 1st, 2nd, 3rd, and 4th instar nymphal stages, and adults, respectively. The cuticle of Lycorma delicatula contains mainly methyl-branched 9-methylheptacosane (15.11%) in the egg stage, and a high proportion of n-heptacosane in nymphal stages (15.75, 22.42, 25.04, and 23.11 % in the 1st, 2nd, 3rd and 4th instars, respectively). In contrast, male and female adults had high proportions of n-nonacosane (13.42 and 16.55%). The chemical constituents of CHCs were classified into five groups (n-alkanes, monomethylalkanes, dimethylalkanes, trimethylalkanes, olefins) and group profiles of each developmental stage were compared. Egg surface was composed mainly monomethylalkanes (45.39%), a saturated hydrocarbon. Nymph CHCs consisted primarily of n-alkanes (37.63 to 46.12%). There was a difference between adult male and female CHCs. However, both contained n-alkanes and monomethylalkanes. CHCs with trimethyl or double bonded structure were rare in all stages. 꽃매미의 발육단계별 표피탄화수소를 비교하기 위하여 GC와 GC-MS를 이용하여 분석하였다. 분석된 꽃매미의 표피탄화수소의 종류는 알이 32종, 약충은 령별로 각각 33, 28, 38, 37종이었고 2령 약충에서 가장 적게 나타났다. 반면 성충은 암 수 모두 46종으로 동일하였으며, 꽃매미의 충태 중 가장 많은 종류의 탄화수소를 함유하고 있었다. 발육단계별 물질 함량을 분석한 결과, 알은 메틸기를 갖고 있는 9-methylheptacosane을 가장 많이 함유하고 있었으며(15.11%), 령기별 약충은 n-heptacosane을 가장 많이 함유하고 있었다(15.75, 22.42, 25.04, 23.11%). 반면 성충은 암 수 모두 n-nonacosane을 가장 많이 함유하고 있었다(13.42, 16.55%). 표피탄화수소의 구성물질을 5개 그룹(n-alkanes, monomethylalkanes, dimethylalkanes, trimethylalkanes, olefins)으로 나누고 물질 함량을 꽃매미 발육단계별로 비교하였다. 꽃매미의 알 표피는 대부분이 monomethylalkanes인 포화탄화수소로 이루어져 있고(45.39%), 약충은 포화탄화수소의 기본구조인 n-alkanes이 대부분이었다(37.63-46.12%). 또한 성충은 암 수에 따라 차이가 있었지만, n-alkanes과 monomethylalkanes을 고루 함유하는 것으로 나타났다. 반면 모든 충태에서, 3개이상의 메틸기를 갖거나 이중 결합을 포함하는 구조는 극히 적었다.

저선회 연소기에서 합성천연가스(SNG) 연료의 수소함량에 따른 연소 특성 연구

정황희,강기중,이기만 한국수소및신에너지학회 2017 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.28 No.2

This paper describes experimental results on combustion characteristics with hydrogen contents of synthetic natural gas (SNG) in low swirl combustor. To investigate the effect of hydrogen contents for premixed SNG flame, stability map, CH chemiluminescence images, flame spectrum analysis and emission performances were measured. In the results, as the hydrogen content was increased, the lean flammable limit was expanded and the flame length was decreased. The hydrogen contents affected the flame liftoff height, and it has different tendency according to the equivalence ratio and flame shape. The change of height and length of flame according to hydrogen contents is caused by the fast burning velocity of hydrogen, which can be confirmed by GRI 3.0 reaction mechanism in PREMIX code. The intensity of OH*, CH* and C2* was confirmed by spectrum analysis of flame. As a result, the CH* intensity was not significantly different according to hydrogen content. The increase of hydrogen contents influenced positively CO and NOx emission performances.

폐수처리시설에서 발생된 유기성 슬러지에 함유된 다환방향족탄화수소의 농도 특성

남성남(Seong Nam Nam),이미영(Mi Young Lee),연진모(Jin Mo Yeon),전태완(Tae Wan Jeon),신선경(Sun Kyoung Shin) 大韓環境工學會 2012 대한환경공학회지 Vol.34 No.8

이 연구에서는 우리나라에서 유기성 슬러지의 배출량이 많은 6개 주요 산업 업종의 54개 사업장에서 채취한 98개 폐수처리 슬러지에 대하여 PAHs 함량을 조사하였다. 슬러지에 대한 해양배출허용기준과 비교시 C업종의 슬러지는 Nap에 대하여 제1기준과 제2기준을 모두 초과하는 시료가 1건, PC업종의 슬러지에서 Ant와 Fla에 대하여 제2기준을 초과하는 시료가 1건 있었다. Σ16PAHs는 PC> C > CD> PP >WS > FB업종의 순으로 높았다. 슬러지의 육상 이용시 Σ16PAHs 함량농도를 규제하는 EU와 덴마크의 기준과 비교하였을 때 EU의 기준은 PC업종에서 1건, 덴마크 기준은 C업종과 PC업종에서 각 1건의 시료가 초과하였다. 7종 발암성 PAHs에 대한 Σ7PAHs은 상대적으로 PC, CD, C업종에서 높게, PP, WS업종에서 낮았으며, FB업종에서는 검출되지 않았다. 슬러지에서의 PAHs의 농도에 대한 ANOVA 분석결과 발생업종과 채취시기에 의한 영향은 없는 것으로 나타났다. 개별 PAHs간 상관분석결과 4-ring 이상의 HMW PAHs 농도간에 상관성이 높았다. Σ16PAHs와는 0.7 이상의 높은 상관성을 갖는 PAHs는 Acy, Ant, Fla, B(a)A, B(f)F, B(a)P 이었다. 주성분분석의 결과 98개의 슬러지는 전체 데이터의 약 70%의 설명력을 갖는 두 개의 주성분에 의해 세 개의 그룹으로 특성별로 분리될 수 있었다. 국내/외 선행연구와의 비교 결과 Σ16PAHs는 스위스의 연구 결과와 비슷하였다. This study presents the concentrations of the polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) listed as priority pollutants by United States Environmental Protection Agency (US EPA), in 98 sludges from 54 industrial wastewater treatment facilities of South Korea. The mean concentrations of Σ16PAHs were ranged from 32.5μg/kg-dw to 1189.3μg/kg-dw by industries, and the highest content was found in the petrochemical industry, followed by chemical, clothing manufacturing and dying, pulp and papermaking, secondary wastewater treatment, and food/beverage producing industries. Comparisons to the EU and Danish standards of Σ16PAHs in sewage sludge for land application showed only two samples (one from petrochemical, and the other from chemical industry) exceeded the limits. ANOVA test with PAH concentrations as variables revealed no statistically significant influences by industrial types and sampling time (i.e., seasonal variations). Pearson correlations between individual PAHs showed strong relationships (r>0.7) among 4-ring PAHs. Concentrations of acenaphthylene, anthracene, fluoranthene, benzo(a)anthracene, benzo(f)fluoranthene, benzo(k)fluoranthene, benzo(a)pyrene presented strong correlations to Σ16PAHs. Principal component analysis discriminated entire samples into three groups by two principal components (PC1 and PC₂) with 70% of data variations, in which industrial types were not of importance, but a dominance of certain PAHs. Samples in group-I, which is high PC1 and low PC₂, were characterized by a dominance of 2-ring PAHs, and in group-II, PC1 and PC₂ showed a linear relation, was dominant 4-ring PAHs. Group-III with low PC1 and high PC₂ includes 17 samples showing a noticeably high contribution of 3-ring PAHs to Σ16PAHs. This study provides concentrations of PAHs in industrial sludges collected from a wide variety of sources (six industrial types) and two seasons of sampling events, and the comparison of Σ16PAHs with other studies are also discussed.

고온 고분자 전해질막 연료전지 수소극 전극에서 서로 다른 가스 확산층에 따른 최적 바인더 함량 결정

전현수,김도형,정현승,박찬호 한국수소및신에너지학회 2022 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.33 No.1

Two different gas diffusion layers having noticeable differences in micro-porous layer’s (MPL’s) crack were studied as a substrate for the gas diffusion electrode (GDE) with different binder/carbon (B/C) ratios in high-temperature polymer electrolyte fuel cell (Ht-PEMFC). As a result, the performance defined as the voltage at 0.2 A/cm2 and maximum power density from the single cells using GDEs from H23 C2 and SGL38 BC with different B/C ratios were compared. GDEs from H23 C2 showed a proportional increase of the voltage with the binder content on the other hand GDEs from SGL38 BC displayed a proportional decline of the voltage to the binder content. It was revealed that MPL crack influences the structure of catalyst layer in GDEs as well as affects the RCathode which is in close connection with the Ht-PEMFC performance.

고분자 전해질 연료전지용 수소극 촉매층의 이오노머 함량 영향

박범준,이선호,우승희,박석희,정남기,임성대 한국수소및신에너지학회 2019 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.30 No.6

For the low-Pt electrodes for polymer electrolyte fuel cells (PEMFCs), the optimization of ionomer content for anode catalyst layers was carried out. A commercial catalyst of 20 wt.% Pt/C was used instead of 50 wt.% Pt/C which is commonly used for PEMFCs. The ionomer content varies from 0.6 to 1.2 based on ionomer to carbon ratio (I/C) and the catalyst layer is formed over the electrolyte by the ultrasonic spray process. Evaluation of the prepared MEA in the unit cell showed that the optimal ionomer content of the air electrode was 0.8 on the I/C basis, while the hydrogen electrode was optimal at the relatively high ionomer content of 1.0. In addition, a large difference in cell performance was observed when the ionomer content of the hydrogen electrode was changed. Increasing the ionomer content from 0.6 to 1.0 by I/C in a hydrogen electrode with 0.05 mg/cm2 platinum loading resulted in more than double cell performance improvements on a 0.6 V. Through the analysis of various electrochemical properties in the single cell, it was assumed that the change in ionomer content of the hydrogen electrode affects the water flow between the hydrogen and air electrodes bounded by the membrane in the cell, which affects the overall performance of the cell. A more specific study will be carried out to understand the water flow mechanism in the future, and this study will show that the optimization process of hydrogen electrode can also be a very important cell design variable for the low-Pt and high-performance MEA.

고압토양세척 기술을 이용한 유류로 오염된 주유소 토양의 정화

최용환,박상협,문덕현 대한환경공학회 2023 대한환경공학회지 Vol.45 No.12

목적 : 본 연구에서는 현장 주유소 토양을 대상으로 고압토양세척을 실시해 유류로 오염된 주유소 부지의 정화를 위한 기술로써 적용 가능성을 제시하고자 하였다. 방법 : 서로 다른 4곳에서 채취한 현장 주유소 토양(GSS, Gas station soils)을 대상으로 고압토양세척을 진행하여 cut-off size(0.075, 0.105 mm)에 따른 세척 후 미세토양 제거량과 정화 후 TPH 농도 분석을 했으며, 토양별 TPH 정화 효율과 유기물 함량 간의 관계를 평가하였다. 또한, 토양 응집체를 분산시키는 고압토양세척 기술의 해쇄력을 평가하기 위해 세척 전후 토양의 입도 분포 변화 확인 및 XRD 분석을 진행하였다. 결과 및 토의 : Cut-off size가 증가(0.075 mm → 0.105 mm)함에 따라, 토양별 미세토양 제거율이 증가하였으며 TPH 농도가 감소하는 경향을 나타내었다. TPH 항목을 대상으로 토양오염우려기준 2지역(800 mg/kg)을 정화 목표로 하였을 때, GSS 3 에서만 정화 목표를 달성(630 mg/kg)한 것을 확인하였다. 토양별 미세토양 제거율은 큰 차이를 나타내지 않았으며, 이는 실험에 사용된 토양 모두 동일한 토성(Sandy loam)에 기인한 결과로 판단되었다. 토양 별 세척 효율은 상대적으로 유기물 함량이 높게 측정된 토양에서 비교적 낮은 효율을 나타내었다. 입도 분포는 세척 후 2-0.850 mm의 구간에서 가장 큰 입자 감소율이 나타났으며, 0.105-0.075 mm, <0.075 mm 구간에서는 토양 입자가 증가하였다. 또한, XRD 분석을 통해 세척 후 Quartz의 peak intensity 증가와 점토 광물이 제거됨을 확인해 캐비테이션에 의한 토양 응집체의 효과적인 해쇄 및 미세토양 제거를 확인할 수 있었다. 결론 : 세척 전 토양 내 초기 유기물 함량 수준 파악 후, 오염부지의 토성과 경제성을 고려한 최적의 cut-off size 설정이 이루어진다면 유류로 오염된 주유소 부지의 정화를 위한 고압토양세척 기술이 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 기대된다. Objectives : In this study, high-pressure soil washing was performed on in-situ gas station soils for the remediation of petroleum-contaminated gas station sites.Methods : On-site gas station soils (GSS) collected from four different locations were subjected to high-pressure soil washing to analyze the amount of fine soil removal and TPH concentration after washing according to the cut-off size (0.075, 0.105 mm). In addition, the four GSS were evaluated for the relationship between the organic matter content of each soil and TPH removal efficiency. Furthermore, to evaluate the disintegration force of high-pressure soil washing technology to disperse soil aggregates, the particle size distribution of the soil before and after washing was evaluated and XRD analysis was performed.Results and Discussion : As the cut-off size increased (0.075 mm → 0.105 mm), the removal rate of fine soil in the GSS increased, and the TPH concentration tended to decrease. With respect to the TPH Soil Contamination Warning Standard for Region 2 (800 mg/kg), only the GSS 3 was in compliance with the standard (630 mg/kg). There were no significant differences in fine soil removal rates among the soils, which was expected since all the soils tested represented the same sandy loam. Washing efficiencies by soil were relatively low for soils with relatively high organic matter content. The particle size distribution showed the largest particle reduction was in the 2-0.850 mm range after remediation, while soil particles increased in the 0.105-0.075 mm and <0.075 mm range. In addition, XRD analysis showed an increase in the peak intensity of Quartz and the removal of clay mineral after washing, confirming the effective breakdown of soil aggregates and removal of fine soil by cavitation.Conclusion : If an optimal cut-off size is established, considering the soil texture and economics of the contaminated site after identifying the initial organic content level in the soil prior to washing, it is anticipated that high-pressure soil washing technology will be effectively applied for the remediation of petroleum-contaminated gas station sites.

SNG/공기 화염의 층류 연소속도 측정 - 분젠과 구형 화염법 비교 -

김동찬,이기만 한국수소및신에너지학회 2016 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.27 No.6

This article describes a comparison on laminar burning velocity measured by Bunsen and sphericalflame methods of synthetic natural gas (SNG) with various composition of hydrogen. In this study, the laminarburning velocity measurements were employed by Bunsen burner and cylindrical constant combustor at which flameimages were captured by Schlieren system. These results were also compared with numerical based on CHEMKINpackage with GRI 3.0, USC-II and UC Sandiego mechanism. In case of spherical flames, the suitable flame radiusrange and theoretical models were verified using the well-known previous results in methane/air flames. As anexperimental condition, hydrogen content of SNG was adjusted 0% to 11%. Equivalence ratios of Bunsen flameswere adjusted from 0.8 to 1.6. On the other hand, those of spherical flames were adjusted from 0.6 to 1.4, relatively. From results of this study, the both laminar burning velocities measured in Bunsen and spherical flame methodswere resulted in similar tendency. As the hydrogen content increased, the laminar burning velocity also increasedcollectively. Laminar burning velocity of measured SNG-air flames was best coincided with GRI 3.0 mechanismby comparison of reaction mechanisms.

高張力鋼 熔接部에서의 低溫龜裂에 미치는 豫熱 및 水素含量의 影響에 관한 硏究

차용훈,정종안,채경수 조선대학교 생산기술연구소 1992 生産技術硏究 Vol.14 No.2

To study the effect of preheating and hydrogen content on cracking ratio of high tensile strength steel (EH 32, T.S. : 50kg/㎟) weld metal, Y groove cracking teat method was adopted and the samples were prepared by manual welding. Then the cracking ratio, microstructure and fracture surface were examined.