Biomineralization Processes Using Fly Ash for Carbon Sequestration

Roh, Yul,Moon, Ji-Won,Song, Yungoo,Moon, Hi-Soo 한국광물학회 2003 한국광물학회지 Vol.16 No.2

본 연구는 금속이 다량 함유된 석탄회(metal-rich fly ash, MRFA)를 이용, 이산화탄소 및 금속의 격리를 위한 생지화학적 과정을 연구하고자 한다. 이를 위해 다양한 이산화탄소 분압과 중탄산염 이온 농도의 조건 하에서 MRFA를 이용, 미생물에 의한 이산화탄소의 난용성 탄산염 광물로의 전환 실험을 실시하였다. 시험관으로부터 4-L의 배양용기까지의 다양한 규모의 실험을 통해, 금속환원 박테리아와 MRFA를 이용하는 경우, 효과적인 이산화탄소 및 금속의 격리가 이루어지는 것으로 나타났다. MRFA를 이용하는 침전 기작을 통한 이산화탄소 격리는 화석연료를 이용하는 발전소에서 방출되는 이산화탄소의 제거 및 석탄회 폐기물의 안정화의 보완적 방법으로 유용하다. The objective of this study is to investigate biogeochemical processes to sequester CO₂ and metals utilizing metal-rich fly ash (MRFA). Microbial conversion of CO₂ into sparingly soluble carbonate minerals has been studied using MRFA under different pCO₂ and different bicarbonate concentrations. Scaling from test tube to fermentation vessels (up to 4-L) using metal-reducing bacteria and MRFA has proved successful at sequestering carbon dioxide and metals. CO₂ sequestration via precipitation processes using MRFA may complement the process of CO₂ capture from fossil fuel plants while potentially stabilizing fly ash wastes.

철환원 박테리아에 의한 금속 환원 및 광물형성

노열(Yul Roh),문희수(Hi Soo Moon),송윤구(Yun Goo Song) 한국광물학회 2002 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.15 No.3

Microbial metal reduction influences the biogeochemical cycles of carbon and metals as well as plays an important role in the bioremediation of metals, radionuclides, and organic contaminants. The use of bacteria to facilitate the production of magnetite nanoparticles and the formation of carbonated minerals may provide new biotechnological processes for material synthesis and carbon sequestration. Metal-reducing bacteria were isolated from a variety of extreme environments, such as deep terrestrial subsurface, deep marine sediments, water near hydrothermal vents, and alkaline ponds. Metal-reducing bacteria isolated from diverse extreme environments were able to reduce Fe(Ⅲ), Mn(Ⅳ), Cr(Ⅵ), Co(Ⅲ), and U(Ⅵ) using short chain fatty acids and/or hydrogen as the electron donors. These bacteria exhibited diverse mineral precipitation capabilities including the formation of magnetite (Fe_3O_4), siderite (FeCO_3), calcite (CaCO_3), rhodochrosite (MnCO_3), vivianite [Fe_3(PO_4)_2·8H_2O], and uraninite (UO_2). Geochemical and environmental factors such as atmospheres, chemical milieu, and species of bacteria affected the extent of Fe(Ⅲ)-reduction as well as the mineralogy and morphology of the crystalline iron mineral phases. Thermophilic bacteria use amorphous Fe(Ⅲ)-oxyhydroxide plus metals (Co, Cr, Ni) as an electron acceptor and organic carbon as an electron donor to synthesize metal-substituted magnetite. Metal reducing bacteria were capable of CO_2 conversion into sparingly soluble carbonate minerals, such as siderite and calcite using amorphous Fe(Ⅲ)-oxyhydroxide or metal-rich fly ash. These results indicate that microbial Fe(Ⅲ)-reduction may not only play important roles in iron and carbon biogecochemistry in natural environments, but also be potentially useful for the synthesis of submicron-sized ferromagnetic materials.

Investigation of Corrosion Minerals from the Remediation for TCE-Contaminated Groundwater

Moon, Ji-Won,Moon, Hi-Soo,Song, Yungoo,Kang, Jin Kyoo,Roh, Yul 한국광물학회 2003 광물과 암석 (J.Miner.Soc.Korea) Vol.16 No.1

본 연구는 0가 철(ZVI)의 설치위치와 전극의 배열에 따른 다양한 조합의 전기적 투수성 반응벽을 대상으로 트리클로로에틸렌의 탈염소화 반응에 의한 정화시 ZVI의 부식에 기인하는 광물산 침전물에 대해 알아보고, 이에 대한 조절 요소를 알아보고자 한다. 광물학적 연구 결과, 지하수 유입부의 ZVI 시료는 상대적으로 많은 레피도크로사이트, 훼리하이드라이트 혹은 철 수산화물과(phospho)siderite가 산출되면 반면, 용출부의 ZVI 시료는 아카가나이트, 자철석/마그헤마이트, 그리고 중간 산물인 green rust (GR) Ⅰ과 GR Ⅱ가 산출되었다. 이러한 광물 조합의 변화는 용존 산소 및 pH의 상승에 주로 기인한 것으로 나타났다. 또한 전기적 투수성 반응벽 내에 신출되는 광물상 침전물들의 조절 요소들은 (1) pH, (2) 용존산소, (3) 철의 부식시 중간 산물, (4) 음이온 종류 등으로 밝혀졌다. The objective of this study was to investigate mineral precipitates, which derived from the zero valent iron (ZVI) corrosion during TCE dechlorination and to find the controlling factors in mineral precipitates. A series of column experiments were conducted to evaluate the location of ZVI and the effects of electrode arrangements in electro-enhanced permeable reactive barrier (E2PRE3) systems. Based on mineralogical study, ZVI samples near the influent port had more lepidocrocite, ferrihydrite or Fe (oxy)hydroxide, and (phospho)siderite while backward samples had more akaganeite, magnetite/maghemite, and intermediate green rust (GR) Ⅰ and GR Ⅱ. A suite of mineral distribution was preferabley related to the dissolved oxygen and the increased pH. Controlling factors of mineral precipitates in an E2PRB system were found to be (1) pH, (2) dissolved oxygen, (3) the types of Fe intermediates, and (4) anionic species to form complex strongly.

공기식 평행판형 태양집열기 성능실험

차종희,송희열,Cha Jong Hee,Song Hi Yul 대한설비공학회 1977 설비저널 Vol.6 No.4

This study was concerned with the performance of solar air heater using parallel channels. Heat transmission model was developed and fabricated to increase the economic feasibility for solar heating system by using the cheap zinc plate. The prformance was discussed as a function of mass flow rate, and plate, inlet and outlet temperatures. Experimental results show that heat transmission model is sufficient for the analysis of thermal characteristics of air heater and collection efficiency is better than the domestic water heater, as the range 32-49 percent. Collection efficiency in the 2 layers of glass cover is better than that in 1 layer, so it is considered better to use the 2 layers of glass cover during the cold winter season in Korea.

Hydrothermal Alteration Related to Cretaceous Felsic Magmatism in the Gusi Mine, Southern Korea

문희수,노열,김인준,송윤구,이현구,Moon, Hi-Soo,Roh, Yul,Kim, In-Joon,Song, Yungoo,Lee, Hyun Koo The Korean Society of Economic and Environmental G 1991 자원환경지질 Vol.24 No.1

Gusi pyrophyllite deposit is located in the Haenam volcanic field in the southwestern part of the Korea Peninsula. This area is known for the occurrences of pyrophyllite, alunite and dickite. This volcanic field is composed of andesite, rhyolite and pyroclastic rocks of late Cretaceous age The pyroclastic rocks are hydrothermally altered to pyrophyllite and kaolin minerals forming the Gusi deposits. The hydrothermally altered rock can be classified into the following zones on the basis of their mineral assemblages: quartz, pyrophyllite, dickite and illite-smectite zones, from the centre to the margins of the alteration mass. Such mineral assemblages indicate that the country rocks, most of which are the lower Jagguri Tuff, were altered by strongly acidic hydrothermal solutions with high aqueous silica and potassium activity and that the formation temperature of pyrophyllite is higher than $265^{\circ}C$. The mechanism of the hydrothermal alteration is considered to be related to felsic magmatism. 구시납석광상은 전남 해남지역의 중생대 백악기 화산암류를 모암으로 산출된다. 모암을 이루는 화산암류는 대부분 웅회암류이나 일부 유문암의 변질산물도 있으며, 이들의 열수변질 산물로서 구시광상의 납석 및 도석을 형성 시켰다. 이 변질작용의 결과로 형성된 광물조합에 의하여 이들은 변질대의 중심부로부터 외각으로 가면서 납석, 디카이트, 석영 및 일라이트-스멕타이트대로 구분된다. 이러한 변질광물의 분포양상은 모암인 장구리응회암이 상대적으로 높은 Si와 K이온 활동도를 갖는 강한 산성 열수용액에 의한 변질작용에 의하여 형성되었음을 지시한다. 이들 광물의 안정영역을 고려할 때 일라이트-스멕타이트대는 $200^{\circ}C$ 이하에서, 디카이트대는 $200{\sim}250^{\circ}C$ 범위에서, 납석대는 $260^{\circ}C$ 이상의 온도 영역에서 형성 되었음을 지시한다. 납석대의 일부에서 다이아스포어를 함유하는 것으로 보아 이때의 최고 온도는 $300^{\circ}C$ 정도에 이르렀을 것이다. 이들 변질작용은 본역에 분포된 화산암류를 형성시킨 화산활동에 기인된 열수변질작용으로 해석된다.

태양열공기가열기의 성능실험

차종희,송희열,Cha, Jong-Hee,Song, Hi-Yul 대한설비공학회 1976 설비저널 Vol.5 No.2

This study was concerned with performance of 2 types of black painted solar air heaters, one is finned type better, the other is mesh type. The performance test of heaters was made under the different operating conditions during winter season of December in Seoul area. It was analized and discussed by comparing the overall efficiency of 2 solar heaters at the same mass flow rate and ambient temperature. Experimental results show that finned type solar heater is better than mesh type from the point of view of design and heat removal efficiency. Finned-type solar air heater supplies hot air up to 30 degree centigrade above ambient temperature with an overall efficiency of 47 percent whilemesh type was 44 percent.

0가 철과 직류전원을 이용한 TCE 오염 지하수의 정화기법 예비조사

문지원,문희수,노열,이석영,송윤구,Moon, Ji-Won,Moon, Hi-Soo,Roh, Yul,Lee, Suk-Young,Song, Yun-Goo 대한자원환경지질학회 2001 자원환경지질 Vol.34 No.3

$Fe^0$ 등의 0가 금속을 포함하는 반응재들은 오염운이 반응벽을 통과하는 동안 염소계 용매들을 분해시킨다. Fe$^{0}$ 를 이용한 투수성 반응벽은 특히 trichloroethene(TCE)이 주된 오염원인 경우 처리비용이 적다는 장점이 있는 반면, 반응속도가 느리고, 반응벽의 운영기간이 제한된다는 단점이 있다. 본 연구는 기존의 Fe$^{0}$ 를 이용한 반응벽에 직류전원을 걸어주는 향상된 처리기술 개발은 예비연구이다. $Fe^0$ 반응컬럼을 이용한 bench-scale의 실험을 통해 $Fe^0$ 반응재와 직류전원의 조합은 TCE의 탈염소화를 촉진하는 것으로 나타났다. 탈염소화의 반응기작은 철의 산화와 부가적인 전자의 공급원인 외부전원에 의한 환원에 기인한다. Reactive medium including zero-valent metals such as zero-valent iron ($Fe^0$) degrades chlorinated solvents as a contaminant plume flows through the treatment medium. Although the Feo based reactive barrier has been demonstnlted to be a cost effective for trichloroethenc (TCE)-contaminaled plume remediation, current approach is limited by low process eftlciency and uncertain, effective life of the medium. The objective of this study is to develop an enhanced treatment method of TeE-contaminated groundwater using Feo and direct current. The bench-scale test using flow-through $Fe^0$ reactor column confirmed that the application of direct current with $Fe^0$ is highly effective in enhancing the rate of TeE dechlorination. The dechlorination mechanism appears to be reductive, with the electrons supplied by the iron oxidation and external power supply serving as the additional source of electrons.

직류전원과 0가 철을 이용한 지하수내 TCE정화효율의 최적화 연구

문지원,문희수,노열,김헌기,송윤구,Moon, Ji-Won,Moon, Hi-Soo,Roh, Yul,Kim, Heon-Ki,Song, Yun-Goo 대한자원환경지질학회 2002 자원환경지질 Vol.35 No.3

본 연구는 직류전원(DC)과 zero valent iron(ZVI)을 이용한 실험실 규모의 투수성 반응벽의 모사를 통하여 야외규모의 반응벽 설치시 반응벽과 전원의 설치 위치에 따른 trichloroethylene(TCE)의 처리시 효율성과 반응벽 사용가능 수명을 알아보고자 하였다. 실험결과 12개의 컬럼 type 중 ZVI와 DC를 동시에 사용하는 경우, ZVI만을 사용하는 경우의다. TCE의 환원적 탈염소화는 촉진되었다. 설치된 ZVI충진물질의 양을 고려할 경우, 하류에 ZVI를 설치하고, 전극배열은 상류에 양극을, 하류에 음극을 배열하는 것이 가장 적은 실비로 높은 처리 효율을 나타냄이 밝혀졌다. The objective of this study was to design an optimal electro-remediation system for TCE contaminated water using zero talent iron (ZVI) and direct current (DC). A series of column experiments were conducted to evaluate the effects of electrode arrangement and the location of permeable iron barrier in the column on the TCE removal efficiency and iron corrosion process. In twelve different combinations of ZVI and/or DC application in the test columns, the rate of reductive degradation of TCE was improved with simultaneous application of both ZVI and DC compared to that used ZVI only. The moot effective arrangement of electrode and ZVI for TCE removal from water was a column set with ZVI and cathode installed at the down gradient, respectively.

뇌간 신경세포 배양에서 세로토닌 분비에 대한 N-methyl-D-aspartic Acid(NMDA) 및 Non-NMDA 수용체 효현제들의 작용

유순미,김율아,송동근,서홍원,김영희,Yoo, Soon-Mi,Kim, Yul-A,Song, Dong-Keun,Suh, Hong-Won,Kim, Yung-Hi 대한약리학회 1995 대한약리학잡지 Vol.31 No.2

Serotonergic neurons in brainstem play important roles in the endogenous descending pain inhibitory system. To illucidate the involvement of glutamate receptors in the regulation of brainstem serotonergic neurons, we studied the effects of glutamate receptor agonists on 5-hydroxytryptamine(5-HT) release from cultured neurons of rat fetal (gestational age 14th day) brainstem. Cultured cells maintained for 10 days in vitro were stimulated for 30 minutes with agonists of glutamate receptor subtypes at 10-1,000 micromolar concentration. Glutamate (10-1,000 M) increased 5-HT release in a concentration-dependent manner. N-methyl-D-aspartic acid $(NMDA)(10-1,000\;{\mu}M)$ increased 5-HT release in a concentration-dependent manner. Non-NMDA receptor agonists, kainate and $AMPA(3-1,000\;{\mu}M)$ also concentration-dependently increased 5-HT release. These results suggest that both NMDA and non-NMDA receptors regulate 5-HT release from brainstem serotonergic neurons. 뇌간의 세로트닌 신경계는 내재성 하행성 동통억제계(endogenous descending pain inhibitory system)에 있어서 중추적인 역할을 하고 있다. 뇌간의 세로토닌 신경세포에 대한 glutamate 수용체 중 N-methyl-D-aspartic acid-(NMDA-) 및 non-NMDA 수용체 효현제들의 작용을 알아보기 위하여, 쥐의 태자(태생 14일)로부터 뇌간을 분리하여 10일 동안 배양한 후 5-hydroxytryptamine(5-HT)의 분비에 대한 각 glutamate 수용체 효현제들이 영향을 연구하였다. Glutamate를 $10\;{\mu}M$에서 $1000\;{\mu}M$까지 농도를 변화하여 30분 동안 배지에 가한 후, 배지내에 분비되는 세로토닌을 측정한 결과, 농도 의존적으로 세로토닌의 분비가 증가되었다. Glutamate 수용체 중에서 NMDA 수용체 효현제인 NMDA를 $10\;{\mu}M$에서 $1000\;{\mu}M$까지 농도를 변화하여 30분 동안 배지에 가한 후, 배지내에 분비되는 세로토닌을 측정한 결과, 농도 의존적으로 세로토닌의 분비가 증가되었다. Non-NMDA 수용체 효현제인 kainate 및 AMPA를 $3\;{\mu}M$에서 $300\;{\mu}M$까지 농도를 변화하여 배지에 처리한 결과, 각 효현제에 의해 농도 의존적으로 세로토닌의 분비가 증가됨을 관찰하였다. 이상의 연구결과, 쥐의 태자(태생 14일)로부터 분리하여 10일동안 배양한 뇌간의 세로토닌 신경세포에 있어서 glutamate, NMDA, kainate 및 AMPA 모두 5-HT의 분비를 자극함으로써, NMDA- 및 non-NMDA 수용체 모두 5-HT의 분비에 관여하고 있음을 나타낸다.