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나노의 환경및에너지에 미치는 영향

1. 나노 테크놀로지1) 환경 ? 에너지 문제세계의 평균 기온은 1960~2000년 사이에 약 0.5도 상승했고 특히 80년대에 들어와서는 온난화 경향이 완전 정착된 상태이다. 지구 온난화는 자동차와 산업 현장에서 대량으로 사용되는 석유등의 화석연료로 인하여 대기 중에 배출되는 이산화탄소와 메탄가스가 주된 원인으로 지적되고 있다. 이산화탄소 등은 빛은 통과시키지만 열을 축적하는 작용이 있기 때문에 대기 중의 이산화탄소가 증가하면 지구의 기온이 상승하게 마련이다. 따라서 이산화탄소를 삭감하기 위해서는 화석연료의 소비량을 억제해야 하고 한편으로는 화석 연료를 대체 할 수 있는 에너지를 이용하는 것이 효과적이다.오존층은 지상 약 20km 상공에 존재하며 유해한 자외선을 차단하는 지극히 중요한 역할을 감당하고 있다. 이소중한 오존층이 현재 프레온에 의해서 파괴되고 있다. 프레온은 원래 자연계에는 존재하지 않았던 물질이었으나 인간에 의해서 발생되어 스프레이의 압력재로, 냉장고, 에어컨 등의 냉각재로 두려움 없이 사용되어왔다.다이옥신은 천연으로는 존재하지 않은 유기 염소계 화합물인데, 인간이 공업적으로 만들어낸 인공 화합물질이다. 플라스틱, 염화비닐, 우레탄 등등의 염소 화합물을 태우면 발생한다. 소각로 등에서 연소된 염소계 플라스틱에서 발생한 다이옥신은 재가 되어 대기와 토양, 수질을 오염시키고, 생물의 지방에 축적된다. 때문에 체내에 흡수된 다이옥신의 대부분은 음식물을 통하여 축적된 것이라고 생각 할 수 있다.산성비는 비속에 유해한 산이 포함되어 있는 현상이므로 염산이나 황산이 내리는 것과 마찬가지이다. 이산설비의 원인은 대기 중에 함유된 황산화물, 질소산화물이라 생각된다. 황산화물은 석유나 석탄 등을 연소 시킬 때 발생하고, 질소 산화물은 자동차의 엔진 등에서 이산화탄소와 함께 배출된다. 이것들이 수증기와 반응하여 산성비가 되는 것이다.2) 나노테크놀로지의 장 ? 단점나노테크놀로지는 에너지의 효율적인 저장 및 생산에 지대한 영향을 미치고 있다. 이러한 기술은 환경문제를 모니터하는 데 사용할 수 있다. 다양한 배출원으로 부터의 오염 배출의 조절을 향상시키고 불필요한 부산물의 생성을 최소화시키는 새로운 그린 처리 시술을 개발할 수 있다. 산업공정의 조적 및 생산 과정의 최적화는 궁극적으로 에너지의 절약에 귀결된다.하지만 나노크기의 제품을 만드는 과정과 연구 개발 과정에서 우리에게 어떠한 환경적인 문제점이 있는가를 생각해야한다. 나노 입자의 제조 과정에서 우리가 고려하는 것은 첫째 인체에 노출가능성, 둘째 노출되는 수위, 셋째 효과적인 조절방법 등이다.나노 크기의 입자 또는 장치들이 환경에 관련하여 가능한 독성은 어떠한지 어느 경로를 거쳐 환경에 어떤 영향을 미치는지 아직 정확한 자료가 없으며, 이러한 영향을 연구하는 적절한 방법 또한 자료가 미비한 실정이다. 현재 이러한 문제에 대하여 연구 된 것은 나노크기 입자의 형태들이 호흡을 통하여 몸 안으로 흡수 되었을 때 발생할 수 있는 독성에 관련된 것들이다. 호흡을 통하여 흡수된 나노 입자들은 폐세포에 나쁜 영향을 줄 가능성이 있다.2. 실제 영향1) 환경과 나노의 관계이산화탄소를 삭감하기 위해서는 화석연료의 소비량을 억제해야 하고, 한편으로는 화석연료를 대체 할 수 있는 에너지를 이용하는 것이 효과적이다. 태양전지라든가 연료전지 등은 그 유력한 후보군에 속한다. 근자에 카본 나노튜브를 사용함으로써 태양 에너지의 변환효율을 높이는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 또 카본 나노튜브가 수소를 흡착하는 성질을 이용하여, 연료전지를 위한 수소 발생장치의 개발도 치열한 경재 모습을 보이고 있다.프레온 가스가 대기 중에 배출되어 오존층을 파괴하는 데에는 약10년이란 시간차가 있다. 따라서 앞으로 본격적인 오존층 파괴가 시작될 전망이다. 오존층의 파괴를 막기 위해서는 프레온의 전면적인 사용 금지가 필요하다. 앞으로 프레온을 대체할 물질의 이용을 목표로 나노 테크놀로지에 의한 신소재 개발이 기대되는 것도 바로 이와 같은 이유에서이다.위험한 물질인 다이옥신을 배제하기 위해 고온 소각로가 개발되고는 있지만 근본적인 해결책은 되지 않을 것이라고 한다. 나노 테크놀로지를 구사하면 염소계 플라스틱을 태체할 수 있는 신소재와 환경 오염물질 제거제 등의 개발이 기대되고, 또 고감도 바이오센서의 개발로 오염 물질에 대한 고정밀도 측정도 가능할 전망이다.또한 산성비를 방지하기 위해서는 화학 연료를 대체하는 에너지의 이용이 필요하다. 태양등의 자연 에너지를 효율적으로 이용하다던가 나노 테크놀로지를 이용한 고효율 연료전지의 개발이 유효하다고 하겠다. 나노테크놀로지에 의한 새로운 에너지산업과 무공해 자동차 등, 새로운 시장 확대가 기대된다.2) 기술(1) 촉매나노촉매는 크게 광촉매와 고선택성?고성능촉매로 구분하여 살펴볼 수가 있다. 광촉매란 자외선으로 활성화한 유기물을 분해하는 기능을 지닌 재료로 일본 동경대학의 교수가 발견한 일본고유의 기술이다.광촉매는 자외선조사에 의해 강한 분해력을 발휘하고 표면을 친수화하는 우수한 성질을 보유하고 어염방지, 향균, 탈취 등의 작용을 발휘하여 건축용 외장재, 도로자재, 생활용구 등 다양한 산업에의 활용이 기대되고 있다.그러나 산화티탄 광촉매는 표면에 실외광과 같이 강한 빛을 쬐이면 수막이 형성되어 널리 퍼지는 초친수화 현상이 발생한다. 이러한 성질을 이용하여 나노수준의 요철구조를 지닌 산화티탄표면을 만듦으로써 친수화 현상을 실내광 수준의 미소한 빛으로도 실현할 수 있는 나노 광촉매의 개발이 적극적으로 추진되고 있다.고선택성?고성능촉매는 촉매의 활성, 선택성, 수명(내구성)등 3대 기능 중 선택성을 향상시킨 촉매를 말한다. 선택성의 향상은 자원의 유효이용뿐 아니라 부생성물의 분리와 무해화 프로세스가 불필요하므로 에너지 전략과 환경보전효과가 매우 크다.? 공기 청정 탈취건재나 도장제로부터 휘발하는 포름알데히드 등이 원인이 되어 발생하는 시크하우스 증후군등과 같은 것을 제거할 수 있다. 포름알데히드는 유기화합물이므로 주택의 내장재에서 크로스 등의 형태로 광촉매를 적용하면 내벽에 붙은 포름알테히드를 분해 제거 할수 있고 실내 환경을 청정하게 유지하는 것이 가능하며 흡착제로도 기능한다.? 항균 ? 살균식품 ? 의료 관련시설등 무균 상태를 유지하는 시설의 내장재로 적용함으로써 항균 살균효과를 거둘 수 있다. 이외에도 항균제는 많이 개발되고 이지만 광촉매는 단지 세균을 죽이는 것이 아니라 시체까지도 분해하는 기능을 보유하고 있는 것이 큰 특징이다.? 대기 정화자동차등에서 배출되는 대기 오염물질 NOx, SOx는 도로의 차음벽 ? 포장면에 도포된 산화티탄에 부착, 광폭매 반응을 통하여 산화되어 초 ? 황산이 된다. 초 ? 황산은 비에 씨겨져 부유분진에 포함된 알칼리물질과 중화되어 표면은 pH6.3~ 7.1 정도의 중성이 된다.촉매 표면에 분해된 초 ? 황산이온이 축적되면 촉매활성은 저하되지만 빗물 등에 의하여 자연적으로 세정되어 활성이 회복되고, 그 결과 반영구적으로 NOx, SOx 등의 정화를 할 수 있다. 따라서 광촉매를 길가의 도로구조물이나 건물의 외벽재, 도로 포장 등에 적용함으로써 자동차 배출가스로 더러워진 도로 길가의 공기를 태양광 에너지만으로 정화할 수 있다.? 오염방지(자정기능)외벽이나 내장재 ? 유리 ? 타일 등의 대부분은 유분이나 니코틴과 같은 담뱃진 등 유기화합물의 부착(눌러 붙음)이 있고, 표면에 산화티탄을 도포한 자외선에 의해 활성화 시킴으로써 여러 가지의 오염물질을 분해하는 것이 가능하고, 더러운 것이 달라붙기 어렵게 된다.활성화한 산화티탄표면은 더러운 것을 분해할 뿐만 아니라 친수성이 되기 위해 외벽이나 내장재에 더러움이나 분해된 오염물질이 부착해도 빗물 등에 의하여 산화티탄과의 빈틈으로 물이 들어가 쉽게 세척된다. 터널내의 조명기구의 커버, 고층빌딩의 외벽등에 적용하면 곤란한 청소 작업이 불필요하게 되며, 주택의 외벽 ? 유리 ? 타링부분은 물을 흐르게 하는 것만으로도 간단히 미관관을 유지할 수 있게 된다.? 수질정화수중 유기물에 의한 오염정화기능도 기대되고 있으나, 현재의 기능정도로는 다른 기술(물분해로는 태양광발전을 이용한 전기분해)을 이용하는 편이 효과적이다.(2) 그밖에 기술ㆍ새로운 배터리, 청정연료의 광합성, 양자태양전지ㆍ나노미터 크기의 다공질 촉매제ㆍ극미세 요염물질을 제거할 수 있는 다공질 물질ㆍ자동차산업에서 금속을 대체할 나노 입자 강화 폴리머ㆍ무기물질, 폴리머의 나노입자를 이용한 내마모성, 친환경성 타이어ㆍ나노 크기의 철을 이용한 지하수내의 비소제거(Removal of arcenate fromgroundwater by nano scale zero-valent iron)"3. 발전방향IT기술 측면: 자연에너지 공급이 용이한 최적화기술을 개발한다면 현재 발생하는 이산화탄 소에 의한 지구 온난화를 방지 할 수 있을 것이다. 그리고 야생동물들을 감시 할 수 있는 감시시스템을 개발하는 것 또한 야생동물들에 의한 지역오염들(야 생고양이에 의한 쓰레기봉지훼손, 야생 동물들에 의한 화원이나 재배지역훼 손 등등)많은 도움이 될 것이다.

공학/기술| 2007.11.19| 5페이지| 1,500원| 조회(448)

에너지, 환경, 나노촉매, 나노와 환경

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환경과 나노

1. 개요촉매란 화학반응ㅇ에서 반응물질 이외의 것으로, 그것 자체는 반응 전후에 있어서 양적 질적으로 변하지 않으면서 반응속도만을 변화시키는 물질을 말하며 그러한 작용을 촉매 작용이라고 한다.나노촉매는 크게 광촉매와 고선택성 고성능촉매로 구분하여 살펴볼 수가 있다. 광촉매란 자외선으로 활성화한 유기물을 분해하는 기능을 지닌 재료이다. 광촉매는 자외선조사에 의한 강한 분해력을 발휘하고 표면을 친수화하는 우수한 성질을 보유하고 오염방지 향균 탈취 등의 작용을 발휘하여 건축용 외장재, 도로자재, 생활용구 등 산업에의 활용이 기대되고 있다.그러나 산화티탄 광촉매는 표면에 실외광과 같이 강한 빛을 쬐이면 수막이 형성되어 널리 퍼지는 초친수화현상이 발생한다. 이러한 성질을 이용하여 나노수준의 요철구조를 지닌 산화티탄표면을 만듦으로써 친수화 현상을 실내광 수준의 미소한 빛으로도 실현할 수 있는 나노 광촉매의 개발이 적극적으로 추진되고 있다.고선택성 ? 고성능촉매는 촉매의 활성, 선택성, 수명등 3대 기능 중 선택성을 향상시킨 촉매를 말한다. 선택서으이 향상은 자원의 유효이용뿐 아니라 부생성물의 분리와 무해화 프로세스가 불필요하므로 에너지전략과 환경보전효과가 매우 크다.2. 광촉매의 기능재료 자신은 반응전후에도 변화지 않으면서도 빛의 흡수를 통하여 반응을 촉진하는 것을 광촉매라 하며 대표적인 것으로는 산화티탄 광촉매가 있다. 특히 이산화티탄()은 태양광이나 형광등의 빛에 포함되는 파장 380nm 이하의 자외선을 흡수하면, 3만℃이상에서의 연소에 상당하는 반응이 실온상태에서 진행하고, 유기화합물 등을 분해하는 기능을 가진다.1) 공기 청정 탈취건재나 도장제로부터 휘발하는 포름알데히드 등이 원인이 되어 발생하는 시크하우스 증후군등과 같은 것을 제거할 수 있다. 포름알데히드는 유기화합물이므로 주택의 내장재에서 크로스 등의 형태로 광촉매를 적용하면 내벽에 붙은 포름알테히드를 분해 제거 할수 있고 실내 환경을 청정하게 유지하는 것이 가능하며 흡착제로도 기능한다.2) 항균 ? 살균식품 ? 의료 관련시설등 무균 상태를 유지하는 시설의 내장재로 적용함으로써 항균 살균효과를 거둘 수 있다. 이외에도 항균제는 많이 개발되고 이지만 광촉매는 단지 세균을 죽이는 것이 아니라 시체까지도 분해하는 기능을 보유하고 있는 것이 큰 특징이다.3) 대기 정화자동차등에서 배출되는 대기 오염물질 NOx, SOx는 도로의 차음벽 ? 포장면에 도포된 산화티탄에 부착, 광폭매 반응을 통하여 산화되어 초 ? 황산이 된다. 초 ? 황산은 비에 씨겨져 부유분진에 포함된 알칼리물질과 중화되어 표면은 pH6.3~ 7.1 정도의 중성이 된다.촉매 표면에 분해된 초 ? 황산이온이 축적되면 촉매활성은 저하되지만 빗물 등에 의하여 자연적으로 세정되어 활성이 회복되고, 그 결과 반영구적으로 NOx, SOx 등의 정화를 할 수 있다. 따라서 광촉매를 길가의 도로구조물이나 건물의 외벽재, 도로 포장 등에 적용함으로써 자동차 배출가스로 더러워진 도로 길가의 공기를 태양광 에너지만으로 정화할 수 있다.4) 오염방지(자정기능)외벽이나 내장재 ? 유리 ? 타일 등의 대부분은 유분이나 니코틴과 같은 담뱃진 등 유기화합물의 부착(눌러 붙음)이 있고, 표면에 산화티탄을 도포한 자외선에 의해 활성화 시킴으로써 여러 가지의 오염물질을 분해하는 것이 가능하고, 더러운 것이 달라붙기 어렵게 된다.활성화한 산화티탄표면은 더러운 것을 분해할 뿐만 아니라 친수성이 되기 위해 외벽이나 내장재에 더러움이나 분해된 오염물질이 부착해도 빗물 등에 의하여 산화티탄과의 빈틈으로 물이 들어가 쉽게 세척된다. 터널내의 조명기구의 커버, 고층빌딩의 외벽등에 적용하면 곤란한 청소 작업이 불필요하게 되며, 주택의 외벽 ? 유리 ? 타링부분은 물을 흐르게 하는 것만으로도 간단히 미관관을 유지할 수 있게 된다.5) 수질정화수중 유기물에 의한 오염정화기능도 기대되고 있으나, 현재의 기능정도로는 다른 기술(물분해로는 태양광발전을 이용한 전기분해)을 이용하는 편이 효과적이다.6) 토양정화산화티탄 광촉매의 유기분해 기능은 토양오염의 주요 원인물질인 휘발성 유기화합물(VOC)의 분해에 반응한다. 대표적인 오염물질에는 트리크로로에틸렌이 있으나 현재 제안되고 있는 시스템은 진공플로어로 오염토양으로부터 트리크로로에틸렌을 제거하고 광촉매 반응 장치에 끌어들여 장치 내에서 탄산가스와 염산으로 분해하여 중화흡수탑에서 염산을 알칼리로 중화시켜 처리가스를 배출시키는 구조이다.3. 기술개발동향1) 에너지변환 ? 환경정화 공촉매 연구개발혼다 ? 후지시마효과는 태양 광과 산화티탄 전극을 이용하여 물을 산소와 수소로 분해할 수 있음을 나타내는 것이다.오일쇼크이래 관련 연구가 많이 있었으나 저에너지 afl도의 태양광의 극히 일부만을 이용할 수밖에 없기 때문에 이와같은 에너지 변환의 연구는 습식 태양전지의 발표를 계기로 시들해졌다.1997년 일본의 타이킨사는 광촉매를ㄹ 이용한 가정용 공기정화장치를 실용화하고 미쯔비시 머티리얼사는 자동차배기가스 정화장치를 실용화하였다. 동년 일본 조달사는 광촉매돌의 개발에 성공하는 등 발전을 거듭해 왔다. 2001년에는 스미토모화학과 토요타중앙연구소가 가시광으로도 반응하는 광촉매를 개발하기에 이르렀다.2) 수상에서 기상으로반도체 광촉매에 의한 오염물질의 분해는 광촉매 표면에서 발생한다. 환원하면 오염물질이 광촉매 표면에 도달하지 않으면 반응이 발생하지 않는다. 수질오염물질의 처리에는 수중에서 오염물질의 움직임이 느리기 때문에 처리속도가 늦고 각종 반응중같체가 생성하여 경우에 따라서는 유해하게 되며 수질에 따라서는 광 투과가 나쁜 것도 있는 등 문제가 발생한다. 그러나 기상 중에 있는 오염물질은 그와 같은 문제가 적기 때문에 1990년대 초부터 기상오염물질 분해에 대한 연구가 많아졌다.

공학/기술| 2007.11.19| 4페이지| 1,500원| 조회(282)

유기화합물, 환경, 나노, 광촉매, 나노환경

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BOD실험

1. 실험 제목BOD(생화학적 산소요구량, Biochemical Oxygen Demand) 측정2. 실험 목적BOD 분석법은 가정하수와 산업 폐수를 호기성 상태에 있는 자연수로에 배출할 때의 오염세기를 여기에 요구되는 산소의 양으로 환산하여 측정하는 방법이며 유입 수역물의 자정능력을 평가하는 데 중요하여 오염의 지표로도 사용된다.3. 실험 원리1) BOD의 정의생화학적 산소요구량( Biochemical Oxygen Demand, BOD)은 일반적으로 박테리아가 호기성 조건에서 분해성 유기물질을 안정화 시키는데 필요한 산소의 양이다. 이때 '분해성' 유기물질이란 용어는 박테리아가 먹이로 이용할 수 있는 유기물질을 의미하여 박테리아는 이 유기물질들을 산화하여 에너지를 얻는다.즉 미생물은 유기물을 영양원으로 이용, 분해, 섭취하여 세포를 합성시킬때 산소가 필요 하게 된다. 그러므로 폐수내의 유기물질은 일일이 분석하지 않고 호기성 미생물로 합성시키는데 필요한 산소량을 측정하면 유기물의 양을 안정적으로 측정 가능하게 된다.보통 20℃에서 5일간(유기물의 70내지 80% 산화되는 시간의 평균) 시료를 배양했을 때의 소모된 산소량을 5일 BOD 또는 BOD5 라하며 통상 BOD라고 한다.2) BOD의 일반 개념수중에 유기물질이 호기성 미생물에 의해 산화 분해 될때 소비되는 산소량을 ppm(mg/L)으로 표시한 것으로 수질오염의 지표로 삼는다. BOD는 1, 2단계로 구분하나 일반적으로는 1단계 BOD치로 유기물의 양을 간접적으로 측정한다. 여기서 1단계는 BOD5 로 20℃에서 5일간 배양해서 얻은 BOD로서 주로 탄수화합물이 산화, 분해 될 때 소비되는 산소량이다. 이는 2단계 BOD (질산화 또는 질소 BOD, 20일부터 2단계) 중 20℃에서 5일간 BOD만을 나타낸 것이며 수중의 유기오염물질의 절대치가 아닌 상대치인 것이며 그 이유는 이 조건이 가장 재현성이 좋고 통계적으로 보편성이 있기 때문이다.만일 하폐수가 많이 오염되어 있으면 하폐수중에는 다량의 유기물질이 함연수로에 배출할 때 이들 하수와 폐수의 오염 세기를 이때 요구되는 산소로 환원하여 측정하는 방법으로 널리 이용되고 있다.이 실험은 산소로 포화된 희석수가 든 용기에 일정량의 검수를 식종하여 20℃의 온도하에서 5 일간 배양하는 동안에 산소량을 측정함으로써 정량분석 된다. 이와 같이 측정된 값은 식종하지 않은 공시험액과 비교되며 그 두가지 용액의 차를 구하여 BOD가 구해지게 된다.샘플을 충분히 넘치게 하는 것으로 구성된 방법은 명기된 크기의 밀폐병에 넘칠 정도의 샘플 을 담고 그것은 20℃에서 배양한다. 초기와 배양후의 DO값을 측정하면 초기와 후의 DO값의 차이로부터 BOD값을 알 수 있다. 왜냐하면 처음 15분 동안 발생한 모든 산소를 흡수, 포함한 그 용액이 만들어진 후에 초기 DO값은 즉시 측정되고 그것은 BOD측정에 포함된다.(1)희석수의 요건① 용존산소는 20℃ ± 1에서 폭기하여 산소를 포화시킨다.② 저해물질인 잔류염소 액성 중금속등을 제거해 준다.③ 완충용액은 pH 7.0을 유지하도록 인산염을 가하여 완충한다.④ 20℃에서 5일간에 소비되는 용존산소가 0.2mg/L이하이어야 하고 세균의 증식에 필요한 영양염을 가해 주어야 한다.(2) 희석수의 희석비 예상① 검수의 BOD예상( COD로 추정 )② 희석비- 20℃에서 5일후 BOD병중의 용존산소소비율은 40-70%가 최적이다.- 포화값의 40-70%는 3.5-6.2mg/L의 소비에 상당하는 양이다.- 5mg/L로 설정하여 이것을 소비되는 희석배수(P)로 본다.③ 희석 : 1+(P-1)의 비율이 되도록 희석한다.(3) 식 종 액① 신선한 생하수를 20℃로 유지하면서 24-36시간 방치후 그 상징액을 취해 쓴다.② 토양추출액은 식물이 생육되고 있는 토양 200g을 증류수2L에 교반한후 장 징액을 사용한다.③ 하천수는 상시배수의 방류지점으로부터 상당거리 떨어진 곳의 물을 사용한다.수중의 유기물질(용존상태포함)이 호기성 미생물에 의해 산화분해 될 때 소비되는 산소량을 ppm으로 표시한 것, 보통 BOD는 되는 용존산소양으로부터 측정하는 방법이다. 시료중의 용존산소가 소비되는 산소의 양보다 적을 때에는 시료를 희석수로 적당히 희석하여 사용한다.4) DO 윙클라법시료에 황산망간용액, 알카리성 요오드화칼륨 용액을 가하여 가능한 수산화 제일망간이, 용존산소에 따라 산화되어 수산화 제2망간으로 되는 반응을 이용하여 산소를 고정해, 다음으로 황산산성하에 있어서 수산화제이망간의 량에 맞게 요오드화칼륨에서 요오드를 유리시켜, 이것을 0.01N 티오황산나트륨용액으로 적정하여 용존산소량을 측정하는 방법이다.(1) 시료의 전처리(BOD실험)① 산성 또는 알칼리성 시료염산 또는 4% 수산화나트륨(NaOH)용액으로 시료를 중화하여 PH7로 한다. 다만 이때 넣어주는 산 또는 알칼리양이 시료량의 0.5%가 넘지 않게 한다.② 잔류염소가 함유된 시료시료 100 ～ 1000㎖에 요오드화 칼륨 1g을 넣고 지시약으로 전분용액 2 ～ 3㎖를 넣어 유리된 요오드를 아황산 나트륨용액(0.025N)으로 액의 청색이 무색으로 될 때까지 적정하여 얻은 아황산나트륨액 (0.025N)의 소비 ㎖를 남아 있는 양에 대응하여 넣어준다.③ 과포화 용존산소 일 경우는 폭기시킨다.④ 환원성 물질을 함유할 경우 : KMnO4 등으로 산화⑤ 시료는 시험하기 전에 온도를 20 ± 1℃로 조정한다.(2) 시료의 전처리 (DO 윙클라법)이하의 조작은 재빠르게 해야하므로 우선 예비시험을 행하여 각 시약의 최적첨가량을 미리 측정하여 둔다. 또, 시료중에 방해물질을 포함하지 않는 것이 분명 할 때는 필요치 않은 조작은 가능한한 줄인다.① 시료에 제일철이온, 아질산이온등이 포함될 때시료가 충만된 산소병의 액면하에 황산 0.7㎖를 가해, 밀전 혼하함다음 과망간산칼륨용액 1㎖를 정확히 가해, 다시 밀전 혼화하여 5분간 방치과망간산칼륨용액의 자홍색을 탈색하기 위해 Oxalic Acid 용액 0.5㎖를 가한후5분간 정치한다.② 시료에 아황산이온, 잔유염소등이 포함될 때시료가 충만된 산소병 액면하에, 시료중에 포함된 아산화물을 산화하는것를 가하여 지시약으로서, 약간에 청색이 남을 때까지 아황산나트륨용액을 액면하에 주가한다.4. 실험기구(1) Incubater(2) Stand, 50㎖ Burret(3) BOD병(4) 200㎖ 삼각 플라스크(5) Beaker(6) Micro Pippet(7) 스포이드, 증류수 병5. 실험 시약① 조제된 희석수② 진한황산③ 티오황산나트륨 용액(0.025N): 티오황산나트륨 6.5g 및 탄산나트륨 0.2g을 취하고, 탄산이 포함되지 않은 물에 녹여 메스플라스크에 옮기고, 물로 눈금까지 채우고 이소아밀알콜 10㎖를 넣고 잘흔들어 2일간 방치함④ 알칼리옥화물 - 아지드화나트륨 용액: 수산화 칼륨 350g과 요오드화 칼륨 75g을 각각 물에 녹여서 이것을 혼합하고 물을넣어 500㎖ 되게한다. 따로 아지화나트륨 5g을 물 200㎖에 녹여서 이것도 혼합한다. 폴리에틸렌 병에 넣어서 어두운곳에 보관함.⑤ 전분지시약: 수용성 녹말 1g을 물 약 10㎖에 섞어 잘 개고, 이어서 뜨거운 물 100㎖속에 잘저어 주면서 넣은 다음, 약 1분간 끊이고 식혀서 방치하여 가라 앉힌 다음, 상층액을 사용함.⑥ 황산망간⑦ 인산염 완충용액⑧ 황산마그네슘 용액⑨ 염화칼슘 용액: 염화칼슘 27.5g을 물에 녹여서 1ℓ로 함⑩ 염화제2철 용액6. 실험방법DO실험방법(윙클러-아지드화나트륨 변법)BOD병에 시료 적당량 + 희석액 가득채움↓기포 ×뚜껑닫음15분배양↓ 흔듬 FLOC ½황산망간 2㎖ 알칼리옥화물 - 아지드화나트륨 2㎖↓C-H2SO4 2㎖↓삼각플라스크에 시료 ?㎖ 취함↓전분지시약 2 - 3㎖↓0.025N-Na2S2O3으로 적정↓종말점 (청색 → 무색)BOD 실험방법검수 1000㎖를 취한다.(오염이 심한 검수의 경우에는 100㎖를 취한 후 (식종)희석수를 가하여 1000㎖ 메스실린더에 맞춘다.↓3개의 300㎖ BOD 측정용 부란병에 분활하여 취한다.↓1개의 시료는 15분간 방치후 용존산소를 측정(DO1)2개의 시료는 BOD용 incubator에 넣어 20℃에서 5일간 저장 후 용존산소를 측정※ 식20℃에서 5일간 저장 후 용존 산소를 측정7. 계 산DO 계산DO (㎎/ℓ) = a × f × V1/V2 × 1000/V1-R × 0.2a : 적정에 소비된 0.025N 티오황산나트륨 용액 소비량 ㎖f : 0.025N 티오황산나트륨 용액의 역가: 전체시료량 ㎖: 적정에 사용된 시료량 ㎖R : 전체의 시료량에 넣은 시약량BOD 계산① 식종과 희석을 하지 않은 원시료를 사용한 경우BOD5 (㎎/ℓ) = (DO1 - DO2)② 식종하지 않고 희석만 한 시료를 사용할 경우BOD5 (㎎/ℓ) = (DO1 - DO2) × F(희석배수)③ 식종희석수를 사용한 시료의 경우BOD5 (㎎/ℓ) = [(DO1 - DO2) - (B1 - B2) × F-1/F]= (DO1 - DO2) × F - (B1 - B2)*(F-1)*factor의 계산f = 10㎖/Na2S2O3의 소비 ㎖수*실험할 때 주의사항BOD 실험은 생물화학적 반응을 기초로 하고 있어서, 독성의 존재 혹은 불활성인 식종물 질에 따라서 대단한 영향을 받는다. 하수에는 공장배수의 유입이 원인으로 불활성인 것이 있고, 또 정제수는 사용할 증유기 혹은 용기에 따라서는, 동이온등의 금속이온에 오염되는 것이 있으므로, 확인이 필요하다.K값 산출방법탈산소반응식 : L=L010-k1t여기서, L : 임의의 일(day : t)에 잔존하는 BODL0 : 최초(t=0)의 총 BODK1 : 탈산소계수(K1=0.4343K)t : 시간(days)따라서 임의의 일(t)까지의 BOD(Lt)는 다음과 같다.Lt=L0(1-10-k1t)여기서,1단계와 2단계의 BOD관계를 고려해서 임의의 일(t)까지의 총 BOD를 최종 BODu라 하며,그 관계식은BODu=Lc(1-10-kct)+Ln(1-10-kn(t-a))여기서, Lc : 제1단계 BODLn : 제2단계 BODKc : 제1단계 탈산소계수(20℃에서 0.100)Kn : 제2단계 탈산소계수(20℃에서 0.031)t : 시간(days)a : 제2단계 BOD가 시작되기까지 요하는 시간수(일, days)대체적.

공학/기술| 2007.11.18| 9페이지| 1,500원| 조회(1,821)

실험, BOD, Biochemical

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활성탄의특징및 시멘트

1.활성탄(입상, 분말)의 특징활성탄은 미세공구조를 가지는 비흑연질의 탄소이며 탄소 이외에 산소 수소 등을 포함한다. 내부세공율을 극도로 높인 것으로 비표면적은 500~1500로 매우 크며 세공경은 10~10000Å이고 비극성물질을 선택적으로 흡착한다. 이것은 탄소 표면에 카복실기, 페놀성 하이드록실기 카르보닐기 등의 함산소 관능기가 있어 활성화되어 있기 때문에 화학흡착, 이온교환, 촉매 등의 특성을 가진다.용도르는 분말탄은 성탕 술 의약품 양조품등의 정제 탈색 탈취 상하수도의 정화이며 최근에는 화학회로에도 사용되고있다.고기능성을 가지는 탄소재료를 만들기 위해 원료의 선ㅌ액 탄소화공정이 중요하다. 아래 표1은 탄소화 공정을 세가지로 대별하여 원료, 얻어지는 탄소재료, 특징, 용도를 나타낸것이다.제조법원료탄소재료특징용도액상탄소화피치, 콜타르코크스+결합제 피치코크스인조흑연카본블랙배향성, 휘발분제거내열충격성, 도전성동방성, 고밀성, 고순도동방성 고밀도, 내약품성도전성, 윤활성인조흑연소재제가용전극, 전해관내화연와원자로 구조재방전가공용전극전쇄자코크스카본블랙천연흑연+결합제피치페놀수지고상탄소화목질원료등퓨란수지, 생롤로오스플라아크릴로니트릴피치, 레이온황성탄우리상탄소탄소섬유화학적황성, 다공질고강도 가스불투과성고강도, 고탄성률섬유상활성탄각종치구복합재소재기상탄소화탄화수소가스카본블랙열분해탄소고배위성흑연생체용탄소탄소박막기상성장 탄소섬유초미립배향성, 조직의 다양성고배양성, 고흑연화도동방성, 고강도,생체적합성,박막고저항, 고탄성률, 섬유상고무용소재, 안료 행연료피복재흑연층간화합물소재심장변인공골재탄소저항체복합재소재흑연층간화합물소재표1.2.활성탄의 활성화(부활)의 방법활성탄 제조에 있어서 탄화후의 활성화 방법은 가스 활성화 및 약품 활성화로 나누며 분말 활성탄 제조에는 주로 염화아연을 이용하는 활성화법을 택하고 있으며 더불어 새로운 약품 활성화도 시도 되고 있다.(1) 약품 활성화법공업적으로 염화아연 부활법이 사용된다. 건조원료(톱밥등의 미탄화물)에 염화아연용액을 함침시켜 소성로 중에서 불활성가스 기루를 사용하여 400~700℃로 가열, 탄화하여 활성화시킨다. 소성탄의 탈회는 염산을 사용하고 아연도 회수한다.탈수성의 염류 및 산(염화칼슘-CaCl2, 염화마그네슘-MgCl2, 염화아연-ZnCl2, 인산-P2O5, 황산-H2SO4, 알칼리류-KOH)등이 사용→ ZnCl2 활성화법 주로 사용한다.(2) 가스 활성화법목탄 야자각탄 등의 과실각탄, 석유, 석유잔사, 합성수지 등의 탄화물이 원료로 사용된다. 원료를 소성로에 넣어 750~1000℃로 수증기,, 공기 연소가스 등을 반응시켜 활성화한다. 소성탄은 산, 알칼리로 탈회한뒤에, 잘 세척하고 건조시켜 분쇄, 체질하여 불말탄과 입상탄을 만든다.탄화물의 가스 활성화는 2단계로 진행되며 제1단계 가열과정에서는 탄화물의 미조직화 부분이 선택적으로 분해 소비되고 탄소구조 내에 닫혀있는 미세한 공극이 개방되어 내부 표면적이 급속히 증가한다.2단계의 가스화 반응과정에서는 탄화물을 구성하는 탄소 결정체 또는 미세한 공극부분을 구성하는 탄소가 반응에 소모되어 탄소구조에 따라 큰 공극이 복잡하게 조직적으로 형성된다.1) 수중기 활성화탄화물과 수증기와의 반응은 다음 식으로 표시되며 활성화 반응과 동시에 수성 가스화 반응으로 어느 것이나 흡열반응이다. 이때의 반응온도는 750℃보다 높은 온도에서 진행된다.이러한 탄화물에 포함되는 회분 외 불순물로 존재하는 금속 등의 산화물, 탄산염, 그 외의 촉매적인 작용이나 공극상태에 따라 반응속도가 다르다.이에따른 반응기구는 다음과 같다.2) 탄산가스의 활성화탄화물과 탄산가스와의 반응은 다음과 같으며 이반응 탄소의 활성화와 동시에 발생로 가스화 반응으로 850℃보다 높은 온도조건에서 진행된다.3)산소의 활성화탄화물과 산소와의 반응은 다음 식에 나타나듯이 이산화탄소를 생성하는 발열반응으로 부분적인 과열에 의해 균일한 활성화 반응의 제어가 어렵다. 따라서 산소 활성화는 활성화의 주반응으로 이용되지 않고 수증기 및 탄선가스 활성화의 반응온도를 유지하기 위해 병용되고 있다.탄화물의 가스화 반응은 다음의 1~3 과정에 따른 것으로 반응속도는 이들 중에서 가장 늦은 과정에 의해 지배된다.① 탄화물 입자 외 경막으로 물질 이동② 탄화물 입자 내로 물질 이동③ 탄화물 입자 내 표면의 반응3.포틀란트 시멘트의 주원료대표적인 포틀란트시멘트의 화학성분은(21.8%),(5.3%),(3.2%),(64.8%),(1.6%) 및 기타(3%)이며 광물조성은(22%)및(10%)이다. 이중 마그네슘은 소량 있으면 에라이트의 생성에 도움을 주지만 2%이상함유하면 강도를 저하시킨다. 점토는 실리카가 많고 알루미나가 적은 것이 좋다. 규석은 분쇄하기 쉬운 연규석을 주로 사용한다. 산화철 원료로서는 싸고 다량으로 입수 가능한 산업부산물을 쓰고 시멘트의 응결속도 졸절재료는 석고를 사용한다.성분구성비63~6521~235~6.52.5~3.51.1~2.2포틀란트시멘트의 화학성분이름분자식약어성질tricalcium silicate(alite)빠른경화, 고강도높은 수화열dicalcium silicate(belite)경화속도가 느림,낮은 수화열tricalcium aluminate급속경화, 높은 수화열수축성, 황산염에 민감calcium aluminum ferrite경화속도가 느림황산염에 저항성유리석회C다량 존재시매우 빠른경화유리마그네시아M다량존재시 균열발생클링커의 성분 및 성질※ C :, S :, A :, M :, N :, K :(1) 원료의 공통적 조건① 품질이 균일하고 유해성분이 적어햐한다.② 공급량이 충분하고 가격이 저렴해야한다.③ 쉽게 분해되고 소성이 용이해야한다.(2) 석회질 원료(CaO포틀랜드 시멘트의 주원료로서 석회질원료의 주성분은 순도 90%이상인이다.(3) 점토질 원료 (장석, 운모, 규석)포틀랜드 시멘트의 구성분 중에서 CaO를 제외한,,등의 성분은 점토원료에서 공읍이된다. 석회석원료의 화학성분에 EK라 점토질 원료의 사용결정이 되게 된다. 점토질원료의 화학성분과 물리적 성질은 시멘트, 클링커의 소성 및 시멘트 품질에 영향을 준다.1) 점토의 선정시 고려사항①와의 성분이 많고 Mg와 알칼리 성분이 적어야 한다.② 미세입자로 구성되야 하며 석영의 큰입자가 없어야 한다.③ 풍화가 잘된 비결정질이 좋다.④ 품질 변화가 적고 분쇄가 용이해야한다.⑤ 함유 수분량이 적어야 한다.(4) 실리카질 원료포틀랜드 시멘트원료를 조합할 때 점토질 원료로만으로성분이 부족할 때 사용한며성분이 80%이상이 좋으며 특히 분쇄가 잘되고 반응성이 좋은 것이 좋다.(5) 산화철원료점토질 원료에서가 부족한 경우 사용한며는 클링커화 할때와 화합하여 소성반응을 쉽게 도와준다. 산화철 원료는 품질의 변동이 없어야 하며 분쇄가 좋아야 한다.(6) 석고포틀렌드 시멘트의 원료 조합물을 소성한 클링커만을 분쇄한 것을 물과 반죽하면 너무 빨리 굳어져 직업에 지장을 주므로 이것을 제거하기 위해사용한다.4. 포틀란트 시멘트 클링커 공정(소성공정)Kiln은 강철제의 대원통상으로 3~6%의 경사로 횡으로 누워져 느리게 회전한다. 원료는 상단으로부터 송입되며, 킬른의 회전과 함께 밑으로 이동하여 하단으로부터 불어넣어진 연료의 연소에 의해 최고온도 1500℃ 정도로 가영되어 반융상태로 될 때까지 구워저 소석상의 클링커가 된다. 클링커는 공기 냉각기에서 급냉되어 탱크에 저장된다. 킬른으로부터 나온 연소 폐가스는 여열 보일러 또는 원료 여열장치로 열교환을 이룬 다음, 전기 집진기로 탈진되어 연돌로 보내진다.원료의 소성과정에서 우선 점토의 탈수, 석회석의 분해가 일어나 1000℃정도부터의 생성이 나타난다. 1250℃ 이상이되면등의 다성분계의 액상이 생기는 것과 동시에 소결반응도 진행된다.의 정출이나의 생성이 일어나, 약1400℃에서가 생성하여 반응은 완결된다.1) 사용원료를 처리하는 방법에 따라 분리할수있다.① 습식공정조합 원료를 약30~40%의 물과 함께 원료 분쇄기 안에서 비분쇄하여 슬러리를 만들고 이것을 소성가마에서 소성하여 클링커를 만든다.② 건식공정조합원료를 건조한 상태를 미분쇄하여 클링커화한다.③ 반건식공정건식과 같은 방법 미분쇄된 건조상태의 원료에 10~20%의 물을 가해 지름10mm정도 상태로 만들고 이를 예열, 건조가마에서 소성하여 클링커화한다.시멘트 소성공정2) 급냉이유①클링커중 C2S의 분화현상의 방지②C3S액상중에 남게하여 결정화 감소③결정성마그네시아의 생성방지로 품질의 안정화④클링커의 분쇄효율의 향상,폐열회수 이용용이5.시멘트의 수화반응과정석회석 점토 규석 산화철 등의 분쇄 혼합하여 물에 혼합해도 반응X 이유는 수화반응이 일어나기 위한 활성상태에 있지 않으므로

공학/기술| 2007.11.18| 7페이지| 2,000원| 조회(829)

시멘트, 점토, 원료, CAO, 활성탄활성화, 포틀란트시멘트

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나노테크놀로지

1. 나노 테크놀로지와 나노 테크놀로지의 물리적 화학적 측면‘나노’라는 용어를 설명할 때, 빠질 수 없는 인물이 리처드 파인만(Richard Phillips Feynman) 이다. 그는 아인슈타인에 필적하는 20세기의 위대한 물리학의 거장이다. 파인만은 분자의 세계가 특정한 임무를 수행하는 모든 종류의 임무를 수행하는 모든 종류의 매우 작은 구조물을 만들어 세울 수 있는 건물터가 될 것이라는 가설을 세우고, 분자 크기의 기계, 즉 분자 기계의 개발을 제안하였다.나노미터란 것은 1미터를 10억 분의 1로 나눈 단위를 말한다. 나노 테크놀로지란 이러한 나노의 크기를 가진 것을 여러 방향으로 조작하여 얻게 되는 새로운 과학 기술 분야이다. 즉, 원자나 분자를 조작하여 새로운 소재, 구조, 기계, 기구 및 소자를 제작하고 이러한 구조의 과학에 대해 연구하는 분야를 총칭하는 단어이다. 나노 테크놀로지의 영역은 현재까지의 과학 기술과 구분을 위해 100나노미터 이하의 입자 크기를 갖는 것들에만 적용한다. 정리하자면, 100나노미터 이하의 입자 크기를 갖는 분자나 원자를 조작하여 새로운 소재, 구조, 기계, 기구 들을 만들고 활용하는 과학 기술이 나노 테크놀로지인 것이다.이러한 나노테크놀로지는 수학, 물리, 화학 및 생물의 기초과학 등의 분야와 밀접한 관계를 맺고 있다. 또한 그 응용 면에 있어서 환경 미생물, 전자공학 컴퓨터 의학 및 생명 자원 등 다양한 분야와 관련이 있다. 광대한 분야와 관계를 맺고 있는 만큼, 나노 테크놀로지는 우리 시대의 첨단기술 분야 중 가장 두드러진 성장을 보일 지식 집약형 유망 산업으로 부상하고 있다.다른 나라들의 나노 테크놀로지 발전에 대해 살펴보면, 이미 미국이나 일본, 유럽 연합의 선진국들은 1950년대부터 체계적인 개념을 설정하였고, 1980년대 이후 범국가적인 차원에서 나노 테크놀로지 개발에 박차를 가하고 있다. 이러한 기술의 발달을 토대로, 기술의 다기능화, 대용량화, 초소형화 및 초고속화를 통해 전 세계 사람들의 생활은 엄청난 변원국가의 이미지를 벗어 던질 수 있게 될 것이다. 또한 유전자 조작으로 신약을 개발하고 치료를 함으로써, 인간의 생명을 연장할 수 있는 인류의 꿈을 실현 시킬 수 있게 되고, 더불어 환경문제의 근본적 해결에도 한발자국 더 가까이 갈 수 있게 될 것이다. 결국 인류의 전반적인 삶의 질을 향상 시킬 수 있는 “키”를 쥐고 있는 것이 이 나노 기술이라고 말할 수 있다.21세기 경제사회에서 살아남기 위한 경쟁은 보이지 않는 전쟁이라고 명명될 수 있을 만큼 치열하다. 조용하고, 아무도 알 수 없게 지금도 이 전쟁은 계속 진행되고 있다. 이전 세대와 같이 덩치가 크고 무기를 확보하였다 하여 승기를 잡을 수 있는 시대는 이미 지나갔다. 작더라도 그 무기를 만들 수 있는 기술을 가진 나라가 세계의 중심이 될 것이다. 아직도 우리나라는 선진국 의존적 성격이 강하게 띄고 있다. 우리나라가 독립적인 경제 입국으로 확고한 자리를 잡기 위해서, 나노 테크놀로지와 같은 첨단 분야에서 우위에 서는 것은 선택이 아니라 필수가 되었다. 하루라도 빨리 첨단 분야의 원천 기술을 확보하는 것이, 소리 없는 전쟁에서 살아남을 수 있는 가장 강력한 무기가 될 것이다.2. 나노테크놀로지의 에너지 환경 분야에서 응용사업E.T. 는 Environment Technology, 즉, 환경 기술의 약자로서, 환경오염의 사후정화, 사전예방 및 오염된 환경의 복원 등에 관련된 사업을 일컫는다. 이러한 E.T.는 환경오염을 저감, 예방, 복원하는 기술로 환경기술, 청정기술, 에너지시술 및 해양 환경 기술 등의 여러 분야들을 포괄한다. 과학이 발전함에 따라, 반대급부로 과학이 만들어 내는 여러 가지 부산물들이 인류의 중대한 이슈로 떠오르고 있는 요즘, 인류는 쾌적한 삶에 대한 욕구를 해결하기 위해 또 다른 과학 기술의 발전을 여러 각도로 모색하고 있다.국가적인 차원에서 환경문제를 해결하기 위해, 개별 국가 단위로 움직이는 것이 아니라, 인접 국가와의 협의를 통해 새로운 무역 규제를 만드는 등의 노력들을 기울이고 있다슈는 끊임없이 대두될 것이고, 급격한 변화들을 겪게 될 전망이다.이러한 시대적 요구에 부응하기 위해, E.T. 기술은 투자의 확대, 국가적인 제도 및 정책지원, R&D(Research & Development) 기반 확충 등이 시급하다.현재 세계적으로 대부분의 국가들이 이러한 부분에 힘쓰고 있지만, 특히, 유럽에서의 연구가 활발하다. 영국의 한 업체는 나노 입자를 이용하여, 대기 중의 오염 입자를 제거하기 위한 매개체로 자동 세척 페인트를 개발하였다. 호흡 장애를 유발할 수 있고, 스모그의 원인이 되는 산화질소의 비율을 낮추기 위한 취지로 개발된 페인트다. 이 페인트는 폴리실록산(Polysiloxcances)이라는, 실리콘을 기반으로 하는 중합체를 기본 원료로 삼고 있다. 이 중합체 속에 직경 30 나노미터 크기의 이산화티타늄과 탄산칼슘으로 된 구형의 나노 입자를 넣는다. 이 폴리실록산에는 구멍이 많기 때문에 일산화질소들이 이 구멍들을 통과하다 이산화티타늄 입자에 달라붙게 된다. 입자들은 태양에서 UV를 흡수하게 되고, 그 에너지를 이용하여 일산화질소를 질산으로 변화 시킨다. 그 후 질산은 비 등에 의해서 씻겨 나가고 탄산칼슘의 알칼리성 입자에 의해 중화되는 원리이다.또한, 다른 원리를 이용하여 재료 자체를 새롭게 개발하는 연구도 진행 중이다. 지난 수십 년간의 대기 오염은 도시 환경의 질과 건물의 수명을 완전히 바꿔 놓았다. 생명은 쉽게 시들고 건물의 벽은 금방 오염되고 금이 간다. 이러한 현상들을 해결하기 위한 해결책으로, 과학자들은 자가 세척 작용, 자가 오염 제거의 특성을 가진 혁신적인 재료를 개발하고 있다. 이 재료에서 티탄은 산화물의 광촉매로 이용된다. 오염 방지 도료는 물론 예전부터 있어왔고 현재도 존재하고 있지만, 유기체에 유해한 성분을 포함하고 있다. 예를 들어, 선박의 겉을 두르는 페인트는 수중 생물들이 선체에 달라붙는 것을 방지하기 위해 유효하게 쓰이고 있지만, 생물에게 직접적인 피해를 끼칠 수 있을 만큼 유해하다. 그렇기 때문에 환경에 해되는 물질의 구조와 상호 작용에 관한 원리를 원자와 분자 수준에서 규명하고, 이를 기반으로 극 미세 바이오물질을 조작하고 제어하는 기술을 발굴하여 질병을 다스리고 인간의 건강을 증대시킬 과학 기술 영역이라고 할 수 있다.최근에는 ‘21세기 꿈의 반도체’라 불리는 바이오 칩 기술 분야에 기업들이 앞 다투어 투자하고 있으며, 특히, DNA 칩은 손톱크기만한 고형체 위에 수백내지 수 만개의 유전자를 촘촘하게 배열시켜 매우 다양한 유전정보를 검색해낼 수 있는 혁신적인 기술이다. 이 DNA 칩을 이용하면 질병을 진단할 수 있을 뿐만 아니라 친자확인 등 법의학적 진단에 아주 유용하게 쓰일 수 있을 것이다. 또한, 수입 동식물을 검역하고 환경오염을 모니터링 하는 등 다양한 분야에서 널리 쓰일 수 있다.현재는 DNA 칩의 기능을 한층 보강시킨 단백질 칩 연구가 한창이다. 단백질 칩이란 유리기판 위에 나노테크놀로지로 추출한 수백 내지 수천 개의 다른 종류의 단백질을 고정화시킨 단백질 배열 구조물을 지칭하는데, 이러한 단백질 칩은 고정화된 단백질들의 동시다발적 분석이 가능하기 때문에 특정 생리활성을 갖는 단백질 검색, 신약의 개발 및 질병 진단 등에 유용하게 쓰일 것으로 전망된다.궁극적으로 바이오칩의 핵심 목적은 질병의 조기 진단과 치료라고 할 수 있다. 이처럼 치료 분야에 있어 나노 테크놀로지는 다른 분야에서보다 더욱 다양하고 새로운 형태로 이용, 응용 할 수 있다. 간단한 예로, 나노 기술을 이용하여 정상 세포는 무시한 채, 암세포만을 골라서 공격할 수 있는 약물 전달 캡슐이 개발된다면, 현재의 치료 방법인 약물이나 방사선 등의 여러 부작용에서 벗어날 수 있게 될 것이다. 현재의 약물, 방사선을 통한 항암 치료에 큰 부작용들이 뒤따르는 것은 약물이나 방사선이 암세포만 죽이는 것이 아니라 환자의 정상 세포에도 타격을 입히기 때문이다. 이 때문에 환자들은 탈모, 공수 기능 저하 등에 시달리게 된다. 그러나 나노 테크놀로지의 발달은 항암 약물을 담은 초소형 캡슐을 개발할 수 있게단을 제공하고, 이를 공학적으로 응용할 수 있는 새로운 기회를 제공해 줄 수 있는 대표적인 바이오융합기술 분야중의 하나이다.이처럼 나노바이오공학은 자연계에 존재하는 생물학적 현상으로부터 공학적 현상을 추출하고, 응용하는 과정을 통해 융합과학의 새로운 패러다임을 창출할 수 있는 새로운 연구 분야라 할 수 있다.나노바이오공학의 연구 분야는 크게 두 가지 접근방향으로 나눌 수 있다. 생물학적 바이오시스템에 나노스케일의 도구를 이용하는 분야와 새로운 나노스케일의 제품을 개발하는 데 있어 생물학적 바이오시스템을 이용하는 분야가 그것이다. 따라서 나노바이오공학 분야를 관점에 따라 "나노바이오(nanobio-)" 또는 "바이오나노(bionano-)"라 명명하기도 한다. 어느 경우나 생물학적 연구를 위해 공학적 해법과 도구를 도입하고, 새로운 공학적 목표를 위해 생물학적 지식을 적용한다는 공통점이 있다. 예로서, 새로운 기능을 갖는 생체분자, 바이오센서, 세포 및 생체분자의 이미징(Imaging) 기술, 약물전달 및 치료용 소자, 재료, 입자 등 그 응용분야는 다양하다. 이러한 나노바이오공학은 생명공학과 나노기술의 발전에도 상호 보완적인 관계에 있다.나노바이오공학 분야를 연구하는 게 있어서 중요한 수단이 되는 기술이 나노제작 기술이다. 중요한 나노제작 기술로는 MEMS 및 NEMS, 가기조립 기술, DPN, 소프트리소그래피, 나노입자, 나노선, 나노튜브 제작기술 등이 있다. 이러한 대표적인 나노제작기술과 대표적인 나노바이오공학의 응용분야는 다음과 같다.I. 나노바이오공학의 응용분야1) 나노바이오센서, 바이오칩 분야:생명현상의 이해 및 공학적 응용을 위해서는 미량으로 존재하는 생체분자를 측정할 수 있어야 한다. 생물학적 검출기술은 다량의 바이오정보를 일차적으로 획득하는 수단으로서 그리고, 질병의 예방, 진단 등 산업적 응용이라는 측면에서도 매우 중요하다. 시스템적 생물학 연구가 진행되기 위해서도 다량의 시료를 동시에 상호 비교 분석할 수 있는 도구가 있어야 한다. 최근 바이오

공학/기술| 2007.11.18| 5페이지| 1,500원| 조회(293)

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