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여과 및 막분리의 원리 및 응용

여과 막분리의 원리 및 응용Contents1. Introduction1990년대 물 부족 인구 비율 6.3 % 2025년 물 부족 인구 비율 33.3 ~ 38.6 %물 전쟁의 시작식수로 사용가능 지표수 기준→ 0.009 % 지하수+지표수 기준 → 0.912 % 식수난 해결을 위해서는 정수 및 담수화가 가장 효과적이다.1. Introduction여과 및 막분리산업과 공업의약 및 바이오식품 산업화학,정밀 화학환경, 정수2. 여과여과란?? 유체를 여과 매체(filtering medium)에 통과시켜서 세공보다 큰 입자가 막 위에 퇴적 되게 함으로써 유체로부터 고체입자를 분리하는 것. 여과의 분류 1. 중력 여과기(Gravity filter) – 여과저항이 비교적 적은 경우로서 여액은 중력에만 의하여 여과매체를 통과하여 여과하는 방식. 2. 진공 여과기(Vacuum filter) – 여과저항이 큰 경우, 감압하여 사용. 3. 압착 여과기(Compression filter) – 1기압 이상의 여과압력이 필요한 경우 4. 원심 여과기(Centrifugal filter) – 여재를 통하여 액체를 흘리는데 원심력 이용.2. 여과원심 여과기전처리부담수처리부후처리부원심여과기2. 여과여과기 1. 케이크 여과기 (Cake filter) 결정이나 슬러지 케이크같이 비교적 대량의 고체를 분리하는데 사용. 2. 청정화 여과기 (Clarifying filter) 고체를 제거해서 청정기체나 음료같은 발포성 청정액 생산. 고체입자는 여과매체 안쪽에 포집되거나 또는 외부 표면에 포집. 3. 십자류 여과기 (Crossflow filter) 급송부유물이 가압하에서 여과매체를 비교적 고속으로 통과하는 방법.2. 여과전량여과방식; Dead-End Filtration Method - 막면에 대해 직각흐름을 만들어 종래의 모래여과와 같이 막 공급수의 전량을 여과 하는 방식으로 정기적인 세정필요하다. - 공급 원수 전량을 여과시켜 펌프 용량 작고 에너지 효율 양호 하다 - 공급 원수 전량을 여과시켜 막 오중반 T. Graham에 의하여 기체 분리막의 용해, 확산모델이 제시. 1950년 대에 들어서 기체 분리막에 대한 연구가 본격적으로 수행. → Dupont사 기체분리막을 상영화. .막분리의 장점 - 원수에 포함된 일정 크기이상의 현탁물질을 확실하게 제거할 수 있음.(처리수질 고급화) - 시설이 콤펙트하여 소요 면적 1/2, 기계적으로 움직 이는 부분이 적어 자동화가 쉽다.(유지관리 단순화) - 응집제 없이 운전이 가능하나, 필요시 소량 운전 가능 (화학처리 최소화) - 공사기간이 오래 소요되지 않음.막분리의 단점 - 색, 냄새, 맛 등에 관계되는 용해성 물질을 제거하기 위해서 재래식처리 방법과의 조합이 필요함. - 막오염을 방지하기 위해 약품세정이 필요하고, 막의 수명이 짧아 교환비용이 많이 소요됨. - 건설 및 유지 관리비용이 많이 소요됨. - 고농도의 농축수가 발생하므로 이를 처리하기 위한 시설이 필요함.MFCPM : Membrane, F : Feed P : Permeate C : Concentration2. 막분리분리 성능에 따른 분류 ▪ 정밀여과막 (MF: Microfiltration Membrane) ▪ 한외여과막 (UF: Ultrafiltration Membrane) ▪ 나노여과막 (NF: Nanofiltration Membrane) ▪ 역삼투막 (RO: Reverse Osmosis Membrane) ▪ 이온교환막 (IE; Ion Exchange) 막모듈 형태에 따른 분류 ▪ 나권형 모듈 (Spriral-wound module) ▪ 중공사형 모듈 (Hollow -Fiber module) ▪ 관상형 모듈 (Tubular Type module) ▪ 평판형 모듈 (Plate Frame type module) ▪ 모노리스형 모듈 (Monolith type module) 막의 종류 ▪ 고분자 막 → 폴리아미드(PA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리비닐리덴 플루오라이드 (PVDF), 폴리술폰(PSF),셀룰로스아세테이트(CA), 테플론(PTFE)nm ∼ 0.1 μm감압∼0.5수용성 biopolymer의 분리 및 농축 단백질, 효소, 다당류 분리NF0.1 ~ 수십 nm0.5∼2초정제수 제조, 농축 세척수 처리, 염제거RO10 Å 이내4∼10초순수제조, 탈염, 농축 배양액으로부터 염, 산 제거미세여과 (Microfiltration) 한외여과 (Ultrafiltration) 나노여과 (Nanofiltration) 역삼투 (Reverse oxmosis)2. 막분리 - 분리 성능에 따른 분류2. 막분리 - 분리 성능에 따른 분류2. 막분리(경기도 시흥정수장; MF막)(프랑스 메리스와즈 정수장; NF막)(추자도 해수담수화; RO막)(순수, 초순수 제조를 위한 EDI System)기술적 차이 분리막 기공의 크기와 기공도를 제어하는 기술2. 막분리 – 미세여과 (Microfiltration)정의 용질의 크기가 0.1 ~10 μm 정도인 용질을 분리하는 막분리 공정으로 이때 사용되는 막의 세공직경 은 약 0.01 ~ 10 μm 정도. 1926년 독일에서 최초 상업화. 세계적으로 막 분리공정에서 가장 높은 비율을 차지함. MF막의 특성 - 다른 막분리 공정보다 높은 투과플럭스, 세척 용이, 넓은 적용의 유연성 및 경제성 내포. 재래 응집,침전 여과에 비하여 투과수질이 좋다 - MF막는 해수담수화 전처리, 막여과 정수 뿐만 아니라 식품산업, 화학공업, 제약산업 등에 다양 한 분야에 적용. - MF막의 공경은 다른 분리막에 비해 크기 때문에 공극 안으로 콜로이드가 들어가 내부 폐색을 일 으킬 우려 높다. - MF공정은 단일 공정으로서 뿐만 아니라 UF, NF 혹은 RO 공정과의 연계하에 운용시키면 각종 식 품용 생리활성 물질들을 상변화 없이 효율적으로 분리 및 정제가 가능하다.2. 막분리 – 미세여과 (Microfiltration)미세여과의 이론 Jv : 투과 또는 용적 flux V : 투과된 전체 부피 A : 막 면적 t : 여과 시간 △p : 여과막과 케이크층을 가로지르는 압력차 ηo : 정지된 유체의 점도 Rm : 한 물질은 확산 작용에 의해 제거 - 식품산업분야와 유가공 산업에 가장 많이 이용되고 있는 공정으로 우유의 농축과 유청처리, 효소, 과일과 야채주스의 청징화 및 농축등 전통적인 식품가공분야에 집중되어 있다.한외여과막 단면도여과막의 원리2. 막분리 – 한외여과 (Ultrafiltration)한외여과의 이론 Hagen-Poiseuille식 Jv : 체적플럭스 n : 단위면적당 세공수 d : 막의 지름 l : 막의 길이 η : 침투 용액의 점도 Δp : 막사이의 압력차한외여과 공정에서 압력에 따른 투과용매의 플럭스 변화Crossflow 여과에서 경계층 모델CωCg2. 막분리 – 나노여과 (Nanofiltration)나노여과의 특징 분획분자량은 RO 와 UF 의 중간적 특성 NF 막은 일부염을 저지, 200~500 정도의 분획 분자량 주로 2가 이온이나 저분자 물질이 분리대상 조작압력이 높아 경제성이 떨어짐 나노여과 단독공정이 가능 막오염의 진행이 매우 빠름NF의 재생 운전을 종료하고 화학적 세척을 실시 화학세정 후에는 배관과 분리막 모듈 등에 남아 있는 세척제를 처리수나 원수를 가지고 충분히 씻어낸 후 다시 운전을 재개3. 막분리 공정의 제어방식정유량 제어방식 - 정유량 제어방식은 여과유량을 항상 일정하게 유지하는 운전 제어 방식 - 운전 경과 시간에 따라 여과 저항이 상승되기 때문에 막차압(여과 저항)이 서서히 상승하면, 정량펌프나 유량계 등을 이용하여 여과 수량을 일정하게 유지하면서 여과 한다 - 정유량 조정 방법 정압 제어 방식 - 정압 제어방식은 공급수 압력을 일정하게 유지하여 여과하는 운전 제어 방식 - 운전 경과 시간에 따라 여과 저항이 상승되기 때문에 막 투과 수량이 서서히 감소한다. - 정압제어 방법조절방식운전 방식정유량 밸브 방식여과수 라인에 정유량 밸브를 설치용적식 펌프 방식용적식 펌프에 의한 정량 공급펌프 회전수 제어 방식원수 또는 여과수 유량을 계측하여 펌프 회전수 제어조절밸브 제어방식원수 또는 여과수 유량을 계측하여 펌프 토출측 조절 밸브 제게 사용된다. 운전상의 차이점 - 평상시 : 막여과 설비의 경우 통상 자동 운전 및 감시가 가능하여, 주기적인 순회 점검으로 관리 가능 - 긴급시 : 원격감시가 가능하여 고장 발생시 짧은 시간내에 상황 파악 가능 - 세정및 교환 등 : 막의 약품 세정, 막교환 등 주기적인 관리 필요 여과속도 기존 정수처리 공정 - 모래 여과지의 여과속도는 여과층의 여상 면적을 기준으로 산출 급속여과 : 120m/일 이상, 완속여과 : 5m 내외 막여과 공정 - 막여과의 여과속도는 막면적을 기준으로 산출, 단위시간에 단위 막면적을 통과하는 수량을 투과 Flux라 한다. - 막여과의 경우 단순 여과속도는 모래여과보다 작으나 막 충진율이 높아 보다 작은 면적에서도 처리 가능 ※ FLUX : 시흥정수장 1.0m/일, 일본 키누타 정수장 4.3m/일3. 막분리 공정MBR(Membrane Bio-Reactor) 공법 - MBR 공법은 Membrane의 고액분리 기능을 활용한 기술로서 N, P 제거는 기존 생물학적 고도처리기술인 BNR 공정에 의해 이뤄진다. - MBR 공법은 고액분리 효율이 멤브레인의 공경크기에의해서 결정되는 반면 활성슬러지를 이용한 생물학적처리 공정은 침강 성에 의하여 이뤄진다. MBR공법의 특징 - 부유고형물을 100% 제거할 수 있어 슬러지의 침강성에 관계없이 안정적이다. - 활성슬러지법에 비해 미생물 농도를 3 ~ 4배 높아 폭기조 용량 감소효과 크다. - 침전조가 필요 없고, 농축조 부피 또한 감소되어 공정의 compact화 가능하다. - 질산화 매우 유리, 잉여슬러지 발생량이 적다. - 소독 및 여과공정 불필요 하다. MBR공법과 생물학적하수처리 비교 - 유기물, 질소, 인 제거 : BNR 공정 - SS, 대장균 제거 : Membrane 공정4. 국내외 막분리 동향국외 개발 유럽, 미국, 일본 등의 국가에서 여러 회사가 정수장에 막분리 공정을 설치하여 가동 일본 후생성에서 91년부터 MAC 21(1991-1993)과 NewMAC(1994- 1996) 프로젝트를w}

공학/기술| 2009.11.27| 27페이지| 3,000원| 조회(1,163)

여과, 응용, 막분리, 원리

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Molecular Mechanics

Molecular MechanicsIntroductionCalculated to properties of molecular structure and energy. Uses Newtonian mechanics to model molecular systems. All energy is appeared to potential energy using force fields. Necessary system for experimental approach or molecular modeling Apply easily to several basis orbitals or functions per atomApplications New medicine development Development of organic materials Analysis of bio-molecular structure Chemistry and BiologyIntroductionE ( Steric Energy) E = Eintra + Einter Eintra = Ebond + Eangle + Etorsion + … Einter = Eelectrostatic + Evan der waals + …Eintra Potential energy according to change of molecular sturcture Stretching, bending, torsion, higher terms, etc. Einter Potential energy of molecular interconnection Electrostatic, dispersion, repulsion, polarization, hydrogen bond, etc.AcetylcholineTorsional angles → 0°Torsional angles → - 105°vTorsional angles → + 105°AcetylcholineMinimal steric energy → - 105° and + 105° Symmetrical structure → basic structure(1-2-3-4-5-6-7) → appear to both minimal energy But, in anti structure structure, no appear to reduce energy Be superior to inter-energyAcetylcholineTorsional angles → 0°Torsional angles → - 105°vTorsional angles → + 105°Gauche structure More stable structureGauche structure More stable structureSymmetrical structure Unstable structureMuscarineTorsional angles → 0°Torsional angles → - 60°vTorsional angles → + 120°MuscarineMinimal steric energy → + 60° Gauche structure → basic structure(7-5-1-2-6-8) → appear to one minimal energy Nonbonding energy → van der waals force → electrostatic force Be superior to inter-energyGauche structureMuscarineTorsional angles → 0°Torsional angles → - 60°vTorsional angles → + 120°Gauche structure Unstable structureGauche structure More stable structureGauche structure Unstable structureSuperimpose acetylcholine muscarineMinimal Energy Acetylcholine → 46.981 kJ mol-1 at + 105° Muscarine → 47.06 kJ mol-1 at 120° Appeared to similar steric energy at same τAdditional test – Modification of MuscarineTorsional angles → 0°Torsional angles → - 90°vTorsional angles → + 90°Additional test – Modification of MuscarineMinimal steric energy → - 90° and + 90° Symmetrical structure → basic structure(7-5-1-2-6-8) → appear to both minimal energy Nonbonding energy → van der waals force → electrostatic force Be superior to inter-energyTorsional angles → 0°Torsional angles → - 90°vTorsional angles → + 90°Gauche structure More stable structureGauche structure More stable structureSymmetrical structure Unstable structureAdditional test – Modification of MuscarineAdditional test – Modification of MuscarineNoticeSymmetrical structure → Both minimal energy → Effect of functional structure and electrical cloud Single bond ring structure → One minimal energy → Effect of twisted ring structure In study, → Superior inter-energy why?? → Interconnection ether and amine structure → ex) electrical cloud, van der waals force, etc. → Non-bonding energy{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2009.11.27| 15페이지| 3,000원| 조회(220)

분자, 양자역학, 계산화학, Molecular, Mechanics

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디젤 산화 촉매 (DOC)의 연구 및 동향

디젤 산화 촉매(DOC)의 연구 동향Contents지구온난화(Global Warming)14일 유럽우주국은 홈페이지를 통해 거대한 빙산이 두 동강 나는 장면이 포착되었다고….” 2008.03.26지구의 마지막 희망....디젤 차량 추이미국 승용차 vs. 경트럭 연간 판매량 비율디젤 차량 배기가스 절감디젤 차량연료전지 자동차전기 자동차태양전지 자동차배기가스 정화장치세계 배출가스 기준미국 디젤 연료 규제유럽 연합 디젤 연료 규제▣ 국내 디젤 차량 배기 가스 규제 실시 “맑은 서울 2010” 대책 中 2007년 7월부터 노후경유차에 매연 저감장치 부착 의무화 2009년 경유차량 12만대로 저감장치 차량 확충 2010년까지 모두 21만 6000여대의 경유차를 저공해화할 계획배기가스 정화 장치 구성디젤 산화 촉매(DOC, Diesel Oxidation Catalyst) 입자상 물질 필터(DPF, Diesel Particulate Filter) 질소산화물 흡장촉매(NSC, Nox Storage Catalyst) 선택환원촉매(SCR, Selective Reduction Catalyst)DOCDPFSCR and NSC디젤 산화 촉매(DOC)Reaction Mechanism CO+ ½ O2 → CO2 HC + O2 → CO2 + H2O Kinds of Catalyst Catalyst → Pt, Pd, V, Mo, etc. Support → Alumina, Zeolite, etc.▣ 디젤 산화 촉매 구성시 주의 사항 저 유황연료의 사용 저온 활성 촉매 사용 엔진사용부하와 회전수에 맞게 촉매온도 특성을 선택하는 것이 중요▣ 촉매의 내구성 문제 열적 내구성 부산물에 대한 피독현상 CO, SO2Catalyst Effect▣ Platinum 대부분 Pt 촉매를 사용함. → CO와 HC 산화에 대한 반응이 효과적인 촉매 novel -metal 피독현상의 문제가 발생▣ Solution 대부분 Pt 촉매와 조촉매를 이용 Inert gas의 효과 지지체에 대한 효과 시스템 구성에 대한 효과PtCOCOPtPtPtPtPtPtSO2COCOCOLoss activity siteCO2OxidationPtPtCOCOCOCO2CO2SO2SO2SO2HCHCHCH2OH2OH2OOxidation reaction on catalyst surfaceSupportSupportSupportCatalyst Effect (only Pt)▣ Based catalyst → PlatinumCO의 농도가 증가 → Pt의 피독현상은 급격하게 증가. H2의 효과 → H2의 농도가 증가될수록 light-off 온도는 감소.PtCOCOPtPtPtH2PtH2O2O2O2O2COCO2CO2CO2Gas hourly space velocityCatalyst Effect (bi-catalyst)▣ Based catalyst → Platinum조촉매의 역할 → 촉매의 활성을 높이거나 촉매에 의해 일어나는 반응을 규제 또는 변화시키기 위해 첨가하는 성분 SiO2 → CO의 Pt 표면에 흡착을 제거하고 CO2로 산화 Pd-Pt catalyst Pd은 SO2와의 반응은 Pt보다 활성이 좋아 Pt의 CO 산화 작용을 도와줌 Bi-metal Inhibited CO-poisoning ex Ru, Rh, Sn, V, Mo, etc. 선택성 우수 ex V, Mo, etc.Support Effect▣ Based catalyst → Platinum▣ Advantage of Support 촉매의 분산도를 증가 촉매의 내구성을 향상 → Sintering, Aggregation 방지 다공성 지지체 사용 가능 조촉매로서의 역할 Zeolite, Alumina, V2O5, etc.Support Effect▣ Based catalyst → Platinum과부하저부하THC conversion by fresh DOCCO conversion by fresh DOCTHC conversion by aged DOCCO conversion by aged DOC온도에 따른 전환률, C catalyst촉매온도와 공간속도가 THC와 CO의 전환률에 큰영향 제올라이트 첨가 상태가 가장 효과 bi-metal 첨가 → 제올라이트 분산도 감소 → 효율 저감운전모드에 따른 배출량System Design EffectFurther Work for DOCDOC's FutureConclusionPollution rate지구의 희망!!!!!Reference최경일, 최용택, 유관식, 한국대기환경학회지, 16권, 2000, 529. 손건석, Auto Jounal, 2, 2008, 44. 최병철, 이춘희, 박희주, 정명근, 권정민, 신병선, 김상수, 한국동력기계공학회지, 6권 2002, 18. J.H.Kim, S.M.Choi, S.H.Nam, M.H.Seo, S.H.Choi, W.B.Kim, Applied Catalysis B: Environmental, 82, 2008, 89. S.salomons, M.Votsmeier, R.E.Hayes, A.Drochner, H.Vogel, F.Gieshof, Catalysis Today, 117, 2006, 491. E.Antolini, F.Colmati, E.R.Gonzalez, Electrochem. Commun., 9, 2007, 398. E.Zervas, Applied Thermal Engineering, 28, 2008, 962. W.J.Zhou, B.Zhou, W.Z.Li, Z.H.Zhou, S.Q.Song, G.Q.Sun, Q.Xin, S.Douvartzides, M.Goula, P.Tsiakaras, Journal of Power Sources, 126, 2004, 16. A.R.Tao, S.Habas, P.Yang, Small, 4, 2008, 310.{nameOfApplication=Show}

공학/기술| 2009.11.27| 17페이지| 3,000원| 조회(818)

산화, 촉매, 디젤, DOC, 다공성 지지체

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디젤 산화 촉매 (DOC)의 연구 및 동향

디젤 산화 촉매 (DOC)의 연구 및 동향(Study and Tendency of Diesel Oxidation Catalyst)목 차1. 서론 ·············································· 42. 본론2.1 디젤 산화 촉매 (DOC)의 반응 원리 ··············································· 52.2 디젤 산화 촉매 (DOC)의 연구 현황 ··············································· 72.2.1 촉매 성능 평가 방법 ················································ 72.2.2 촉매에 따른 영향 ················································ 82.2.3 담지체에 따른 영향 ················································ 102.2.4 촉매 피독 현상 방지 ················································ 122.3 디젤 산화 촉매 (DOC)의 미래 방향 ················································ 133. 결론 ·················································144. 참고문헌 ················································ 16디젤 산화 촉매 (DOC)의 연구 및 동향(Study and Tendency of Diesel Oxidation Catalyst)이영우숭실대학교 환경?화학공학과Young-Woo LeeDep. of Chemical and Environmental Engineering, Soongsil University요 약18세기 산업혁명 이후 산업이 발달함에 따라 석유 및 석탄의 사용량은 급강하였다. 이로 인한 산업지대 및 개발지역에 따른 환경오염원 배출 또한 각종 배기규제를 마련하고 있으며, 그 규제는 해를 거듭할수록 엄격해지고 있는 실정이다. 하지만 이는 산업지역, 공업지역과 가솔린 자동차에 대한 규제가 대부분이고, 그에 대한 연구가 진행되어지고는 있을 뿐, 대도시에서 운행되고 있는 시내버스, 청소차, 화물트럭과 같은 디젤 차량에 대한 규제는 미미하여 전체적인 환경문제에 대한 규제는 오점으로 인해 문제가 대두되어지고 있다.국내에서 보고된 각종 보고서에 의하면 전체 자동차 오염물질 중에서 디젤 차량에 의한 오염 물질이 차지하는 비중은 약 53∼63 %로서 그 차량 대수에 비하여 매우 높다[○]고 한다. 이에 세계 각국에서는 디젤엔진 배가가스 중 주로 일산화탄소(CO), 탄화수소류(HC), 입자상 물질(PM, Particulate Matter) 및 질소 산화물(NOx)의 네 종류에 대해 배출 규제기준을 만들어 적용하고 있다. 이러한 배기규제는 미국, 유럽연합의 디젤 차량의 배기 규제 (그림 1)와 (그림 2)를 통해 디젤 차량에 대한 문제점을 인식하고 이에 따른 규제의 필요성을 간접적으로 확인할 수 있고, 더 나아가 디젤 산화 촉매의 필요성도 확인할 수 있다.(그림 1) 미국 디젤 연료 규제우리나라의 경우도 2007년 7월부터 노후 경유차에 매연 저감장치 부착이 의무화 방안을 ‘맑은 서울 2010’ 대책을 발표하였다. 이에 서울시는 2007년 하반기부터 7년 이상 운행한 3.5t이상 대형 경유차(3만대)에 DFP(매연여과장치), DOC(산화촉매장치) 등 매연 저감장치를 의무적으로 부착하거나 조기 폐차토록 유도하기로 했다. 2009년부터는 차령 7년 이상 2.5~3.5t 경유차(12만대)로 확대된다. 시는 2010년까지 모두 21만6000여대의 경유차를 저공해화할 계획하고 실행 중에 있다.이에 디젤 차량의 배기가스로부터 나오는 환경오염물질을 제거하고자 선진각국에서는 기업과 연구기관에서 디젤산화촉매 (DOC)에 대한 연구를 진행하고 있다. 디젤엔진 배기가스로부터 배출되는 오염물질을 저감하기 위해서는 사용 연료나 엔진 에 따른 디젤산화촉매 (DOC)의 반응원리 및 연구와 동향을 살펴보고, 디젤산화촉매 (DOC)의 앞으로의 방향을 살펴보도록 하겠다.의 가능성을 기대해 보겠다.2. 본 론2.1 디젤산화촉매 (DOC)의 반응 원리디젤산화촉매기술은 가솔린엔진에서 삼원촉매가 개발되기 이전에 사용되던 산화촉매(이원촉매) 기술과 기본적으로 동일한 기술이기 때문에 기술효과나 성능은 이미 입증되어 있는 기술이다. 산화촉매는 백금(Pt), 팔라듐(Pd) 등의 촉매효과로 배기중의 산소를 이용하여 탄화수소, 일산화탄소를 제거하는 기능을 한다. 디젤엔진에서는 탄화수소, 일산화탄소의 배출은 그다지 문제가 되지 않으나 산화촉매에 의해 입자성물질의 구성성분인 탄화수소를 저감하면 입자성물질을 10~20%저감할 수 있다. 그러나 경유에 포함된 유황성분에 대해서도 산화작용을 하여 SO3(sulfate)배출을 증가시켜 입자성물질이 증가하므로 산화촉매의 사용에는 저유황연료의 사용이 필수적이다.디젤엔진은 부분부하에서 배기가스온도가 낮기 때문에 산화촉매도 저온활성을 좋게 할 필요가 있으나 저온활성이 좋은 촉매는 저온 시부터 설페이트 발생이 시작되므로 전체적으로 발생량이 많아질 염려가 있다. 따라서 촉매성분조정에 의해 저온활성화와 설페이트 제어를 함과 동시에 엔진사용부하와 회전수에 맞게 촉매온도 특성을 선택하는 것이 중요하다고 한다. (그림 3)는 이러한 디젤산화촉매에 대한 작동하는 것을 보여주는 것으로 배기가스의 CO, HC SOF 등을 제거하도록 구성되어져 있다.(그림 3) DOC Functionality - Ⅰ DOC Functionality - Ⅱ(그림 3)에서와 같이 배기가스 정화장치인 디젤산화촉매부분에 유해물질이 들어오게 되면 촉매 층을 통과하게 되는 데 이 때 촉매와 반응하여 CO2와 H2O로 배출되게 되어 있다. 이것의 간단한 반응 메커니즘은 다음과 같다.CO ＋ 1/2 O2 → CO2 (Desired Reaction)HC(SOF) + 1/2 → CO2 ＋ H2O (Desired Reaction)일반적법과 실제 적용에 따른 실험 방법이 있다. 일단 우선적으로 실험실적인 분석방법에 있어서는 (그림 4)과 같이 디젤엔진, 동력계, 가스 분석기, 매연측정기 그리고 데이터 기록기 등으로 이루어져 있다. 엔진의 연료와 냉각수의 온도는 온도조절기에 의해 조정되고, 엔진의 운전 조건은 동력계에 의하여 제어된다. 디젤 산화촉매는 배기 매니폴드 출구로부터 떨어진 배기관에 장착하고, 촉매의 입, 출구에서 자동차용 배출가스 성분과 매연 농도를 각각 측정하는 방식이다. 일반적인 배기가스에 대한 분석 장비는 Gas Chromatography, IR spectroscopy 등을 이용하여 분석을 진행하는 방식을 주로 사용한다.실제 적용하는 방식에 있어서는 직접 엔진 실험(대형 DOC 시험)과 차대동력계(Chassis Dynamometer) 실험(소형 DOC 시험)이 있게 된다. (주) SK 대덕연구원에서 발표한 바에 따르면 실제로 운행되고 있는 국내 디젤 차량 (버스 - 대형 DOC 시험)과 국내 디젤 차량 (소형 트럭 - 소형 DOC 시험)을 사용하여 실제적인 적용에서의 유해물질의 저감효과를 측정하는 연구를 진행하였었다. 이에 따라 성능 평가를 하였을 경우 실험실적인 평가 항목과 비교하였을 경우 저감효과가 크게 변동사항 없이 그 성능을 유지하는 것으로 나왔다. 이 실제 적용 방식에 있어서도 배기가스 분석 방식은 위의 실험실적 환경과 동일시 분석하였다.2.2.2 촉매에 따른 영향디젤산화촉매에 있어서 널리 쓰이는 것은 귀금속 촉매가 대부분이다. 가솔린엔진에 있어서도 삼원촉매에 Pt, Pd, Rh로 구성되어지는데 이 모든 것은 귀금속에 속하는 광물질이다. 이러한 특징이 나타나는 것은 위의 금속들이 촉매적 활성을 매우 높게 나타내고, 특히 CO, HC 등의 CHO계열과 반응성이 높기 때문이다. 디젤산화촉매에 있어서도 Pt가 가장 널리 쓰이고, 연구 분야에 있어서도 활발히 진행되어지고 있다.S.Salomon et.al.의 연구에 따르면 Pt 촉매는 CO와 수소가스의 산화반응에 대하여 연구하촉매와 CO의 결합력을 약하게 해주고 이에 따른 전환율도 높일 수 있는 촉매의 개발도 두각 되어지고 있다. 이에 대한 언급은 2.2.4에서 촉매 피독현상 방지 방법에서 언급하겠다.2.2.3 담지체에 따른 영향이전에 촉매에 따른 영향에서 언급하였듯이 촉매에 있어서는 광범위하게 디젤산화촉매에서는 Pt가 가장 효과적인 촉매로 연구되어지고 있다. 하지만 Pt의 가격적인 문제와 Pt의 활성을 높여주기 위한 문제도 존재하게 된다. 이에 따른 조촉매의 역할이 필요하게 되고 Pt의 활성 면을 높여주기 위해 지지체로서의 역할도 중요하게 되었다. 이에 따라 연구되는 물질에 대하여 살펴보면, 담지체에 따른 물질은 Zeolite, Al2O3, Ti-Si, TiO2 등이 있고, Pt의 활성을 도와주기 위한 Nd과 Ba을 넣어 활성을 높여주고자 한 연구들이 보고되어지고 있다.(주) SK 대덕기술원에서 연구한 바에 의하면 담지체의 종류를 Zeolite, Al2O3, Ti-Si에 대하여 비교분석하였는데, Light off 온도 및 HC, CO의 영향을 보여주고 있다. Al2O3가 전반적으로 다소 높은 활성을 보였으며 Pt의 Loading 양에 따라 산화활성이 비례적으로 증가함을 알 수 있다. 그러나 SO2의 흡착성능이 낮은 온도영역에서 일어나는 것으로 보아 흡착성능이 뛰어나다는 것을 알 수 있듯이 피독현상의 문제점을 간과할 수는 없다고 보고하고 있다.(표 1) 담지체에 따른 촉매 활성 변화Light off point또한, 한국동력기계공학회지에 발표된 연구에 따르면 Zeolite의 효과에 대하여 언급하고 있다. 주촉매인 Pt에 조촉매 역할을 하는 V2O5에 Al2O3 와 Zeolite의 담지체에 대한 효과를 디젤엔진의 운전조건에 따른 영향과 담지체간의 효과를 보여주고 있다. 기존의 디젤 차량의 배기가스를 분석한 경우 HC와 CO의 배출특성은 낮은 엔진 회전속도와 중 부하의 엔진 운전조건(Mode 5, 6, 7, 10, 11)에서는 그 배출량이 증가하고, 고속, 고부하 영역 (Mode 8, 있다.

공학/기술| 2009.11.27| 16페이지| 4,000원| 조회(858)

산화, 촉매, 디젤, DOC

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[일반생물학] 현대 사회의 미생물의 영향과 응용 사례 연구

2008년 일반생물학 프로젝트현대 사회의 미생물의 영향과응용 사례 연구학 과 :과 목 :교 수 :학 번 :이 름 :< 목 차 >>Ⅰ. 서론Ⅱ. 미생물이란1. 미생물이란 무엇인가?2. 미생물의 구성(1) 박테리아(2) 진핵생물(3) 고세균Ⅲ. 미생물의 응용1. 의학에 응용되는 미생물2. 식품에 이용되는 미생물3. 환경에 이용되는 미생물4. 농업에 이용되는 미생물5. 산업에 이용되는 미생물(1) 바비오 산업에 응용되는 응응 미생물학(2) 곤충 미생물의 산업적 이용(3) 극한환경미생물의 산업적 이용(4) 장내 미생물의 산업적 이용(5) 미세조류의 산업적 이용(6) 미생물 다당류의 산업적 이용Ⅳ. 결론Ⅴ. 참고문헌Ⅰ. 서론세균을 비롯한 미생물들은 지구상에 38억년 이상 존재하여 왔으나, 1683년이 되어서야, 네덜란드의 A. van Leeuwenhoek이 현미경을 통해 관찰함으로써 그들의 존재를 처음으로 알게 되었다. 그럼에도 불구하고 미생물이 현대 생물학의 비약적 발전을 이끄는데 매우 중요한 역할을 했다는 사실에 대해 누구도 이견을 가지지 않는다. 박테리아파지, 대장균 혹은 붉은 빵 곰팡이와 같은 미생물은 생명현상이 상대적으로 단순하고, 빠른 속도로 증식하며, 유전적 특성 또한 고등생물에 비해 간단하기 때문에, 유전자 조작을 위한 다양한 기술들의 개발이 일찍부터 가능하였고, 생명현상을 화학반응으로 이해하려는 환원론 (reductionism)을 구현하는 매력적인 대상이 되었다.이 같은 노력으로 생명현상을 분자 수준에서 이해하려는 새로운 패러다임이 형성되고, 분자생물학을 중심으로 하는 현대 생명과학이 태동되었다. 인접학문과 밀접한 연관을 가지면서 급속하게 발전한 현대 생명과학은 1990년대에 들어서면서, 다양한 분자, 세포 관련 기술이 개발되고, 식물이나 동물의 유전자나 세포 조작 기술이 발달됨에 따라, 미생물 연구는 질병이나 발효 등 일부 분야에 국한되는 경향을 보이며 다소 침체된데 비해, 인간 및 고등생물을 대상으로 하는 연구 분야가 생명과학의 주류를 이루게 되었다. 흙, 물속과 같이 외부환경에서도 살지만, 동물의 위나 장과 같이 다른 생물의 안에서도 살기도 한다. 대부분의 병원성 균은 박테리아이다. 크기는 0.5μm부터 0.5mm까지 다양하며, 그들은 식물세포나 곰팡이 세포와 마찬가지로 세포벽을 가지고 있으나, 셀룰로오즈(cellulose)가 아닌 펩티도글리칸(peptidoglycan)이 주성분인 점이 다르다.1) 박테리아의 구조세균은 원핵생물의 특징을 그대로 가지고 있으며 핵막이나 미토콘드리아, 엽록체와 같은 구조를 가지고 있지 않다. 세균의 구조 중에 가장 주목해야 할 것은 세포벽인데, 박테리아는 세포벽의 화학적 구성성분으로 두 가지의 박테리아로 나눌 수 있다. 첫 번째는 펩티도글리칸을 가진 세균이며, 두 번째는 지질다당체(lipopolysaccharide)를 밖에 가지고 있고 세포벽과 세포막 사이에 펩티도글리칸을 가지고 있는 세균으로 나뉜다. 전자를 그람양성균, 후자를 그람음성균으로도 나눌 수 있다. 이러한 구분은 백신개발 등을 할 때 매우 중요한 구분이 된다.2) 박테리아의 물질대사고등생물과 달리 박테리아는 종류에 따라 여러 물질대사 법을 가지고 있다. 크게 혐기성세균과 호기성세균으로 나눌 수 있는데, 혐기성세균은 산소를 매개로 에너지를 만들지 않고 발효를 하면서 부산물로 알코올과 같은 산화물들을 배출한다. 이러한 혐기성세균들을 이용하여 김치나 된장과 같은 발효식품을 만들거나 술을 담그기도 한다. 호기성세균은 고등생물과 마찬가지로 산소를 매개로한 호흡을 통해 에너지를 얻는다. 어떤 세균들은 환경에 따라 호기성세균이 되기도 하고 혐기성세균이 되기도 한다.3) 박테리아의 유전공학적 이용대장균 등의 세균에는 플라스미드(plasmid)라고 하는 원형 DNA를 가지고 있다. 이 DNA는 대장균의 원래 DNA와는 다른 부수적인 것으로, 자체적으로 복제가 가능하며, 다른 세포로도 이동할 수 있다. 이러한 성질을 이용하여 원하는 유전자를 플라스미드에 끼워 넣고 대장균을 배양하면 그 유전자를 대량으로 얻을 수 있는데, 이를 유해야 한다.< 포도상구균 >“기적의 명약”도 한 세대 이상을 각광받지는 못했다. 페니실린이 사용되기 시작한 바로 그 다음해부터 페니실린에 시험관적인 내성을 가진 포도알균(포도상구균)이 발견되어 이것이 큰 문제로 받아들여졌다. 그로 인하여 60년대 초반부터는 메티실린계 항생제와 세팔로스포린이 페니실린의 뒤를 이은 항생제가 되었다. 그러나 메티실린계 역시 1980년대 이후에는 내성 포도알균(Methicillin Resistant S. aureus; MRSA)의 등장으로 반코마이신으로대체되었다. 1980년대는 가장 많은 종류의 세팔로스포린이 개발되고 상품화되어 의료시장에 쏟아져 나온 시기이고 원내감염의 증가로 반코마이신이 많이 사용된시기이기도 하다. 그러나 그 결과 1990년대 이후 현재는 반코마이신 내성과 다제내성균의 등장으로 더 이상 사용할 치료제가 많이 남지 않는 현실에 봉착하였다.< 다제내성균 >신종 항생제의 개발속도도 둔화되어 1998년 이후 전 세계적으로 미식약청 승인을 받은 신규 항균제는 9종에 불과하며, 이제는 항생제의 남용에만 의존했던 감염병의 치료전략은 더 정확한 감염병의 진단을 통한 적절한 항생제의 사용 쪽으로 선회하고 있다. 감염병의 원인이 되는 미생물도 자유의지를 가진 생명체이기 때문에 끊임없이 진화를 거듭하여 인류에 대한 끊임없는 위협을 주고 있다. 신종 전염병의 출현 소식이 언론매체를 통해 전해질 때마다 감염내과 의사들은 새로운 항생제를 개발해야하는 부담을 가지고 있다. 결국 위생과 영양이 개선된 세상에서도 과거와 다른 식생활, 인구의 이동, 숙주 동물의 서식지 변화 등으로 새로운 전염병은 탄생하고 있다. 그러나 이러한 급작스런 신종 전염병의 가능성에 비해 안전하게 사용할 수 있는 치료제의 개발은 수년의 임상경험 축적과 연구가 필요한 편이어서 항생제가 앞으로도 그러한 괴질이 발생할 때마다 그 역할을 수행하는데 적지 않은 무리가 있을 것이다.한편 항생제의 사용으로 과거에 문제되지 않던 감염병이 생기기도 하였다. 병원에서 치료를 목적으로 장기다. 김치숙성 후기에는 여러 종류의 효모가 출현하게 되고 시간의 경과에 따라서 이들 효모의 증식으로 김치 중의 젖산이 감소되고 마침내 부패균이나 곰팡이가 번식하게 되어 악취가 발생하며 김치가 물러지는 현상이 일어나기도 한다.?집에서 막걸리를 만들려면 항아리에 약간 되게 지은 고두밥과 누룩 그리고 물을 넣은 후 항아리를 따뜻한 방의 아랫목에 담요를 덮어놓는다. 하루가 지나면 거품이 생기고 군내가 약간 난다. 군내는 당분이 효모에 의해 발효되면서 생기는 이산화탄소이다. 삼일 째가 되면 거품이 가장 많이 발생하고 군내도 가장 많이 나지만 술 냄새도 제법 맡을 수 있다. 이때 마른 미역을 넣어 술의 신맛을 없애 술을 오래 보관하기도 하는데 미역의 알칼로이드 성분이나 칼슘이 술을 중화시켜 막걸리가 시어지지 않게 하기 때문이다. 오일정도 지나면 거품과 군내 대신에 술 냄새가 솔솔 코를 찌르게 된다. 이것을 체로 걸러내면 우리 고유의 막걸리가 되는 것이다. 그렇다면 술을 빚을 때 사용하는 누룩에 대해 알아보자. 누룩에 사용하는 밀은 보리와 함께 세계에서 가장 오래된 작물로서 신석기 시대의 유적에서도 발견된다. 밀은 다른 곡물처럼 탄수화물을 많이 함유하고 있지만, 무기산이 많기 때문에 사람에 따라서는 밀가루 음식을 먹고 나면 속이 쓰린 경우도 나타난다. 그러나 이러한 특성이 밀을 누룩으로 만드는 이점이 된다고 할 수 있다. 누룩에 발생하는 곰팡이는 산성에도 잘 자라기 때문에 누룩곰팡이가 다른 세균류 보다 쉽게 밀에서 증식할 수 있기 때문이다. 고서에 의하면 누룩은 막누룩(병국 餠麴)과 흩임누룩(산국 散麴)으로 나뉘기도 한다. 막누룩은 분국(焚麴)과 신국(神麴)으로, 흩임누룩은 황의(黃衣)와 황증(黃蒸)으로 나눈다. 막누룩이란 밀을 제분한 후 물을 가하여 뭉쳐 놓은 것을 말한다. 여기에서 분국은 볶은 밀을 제분하여 쓰는 것이고, 신국은 볶은 밀ㆍ찐밀ㆍ날밀을 가루 내어 각각 같은 양씩 혼< 거미줄곰팡이 >합하여 쓰는 것이다. 보릿짚이나 뽕나무 잎을 누룩에 덮어서 이들 식물체에 있다. 이러한 자연계에서의 역할 외에도 미생물은 병충해 방지에 이용되며, 사람이나 농작물에는 전염성이 없지만, 곤충에게 피해를 주는 미생물을 농약대신 작물에 뿌려주어 일종의 무공해 농약으로 사용하고 있다.농약과 화학비료의 과용과 오용은 농업 생산 환경을 파괴할 뿐 아니라, 생산물에 대한 안전성은 물론 보건성에 대해서도 많은 문제를 일으키고 있다. 자연농법이나 유기농업 운동의 급격한 확대도 근대농법에 의한 자기모순, 또 자기 파괴적인 역할에 대한 경종이고 자연생태계의 원리에 합치하는 농업의 존재가 추구되고 있다. 일반적으로 토양의 미생물 상은 인위적으로 관리하는 것이 곤란하다고 하고 있다. 지상부의 눈에 보이는 분야에 대해서는 제초, 솎음, 중경, 시비, 관수 등의 재배 관리에 의해 비교적 용이하다. 이에 대해 지하부에서 게다가 눈에 보이지 않는 미생물로 되면 가시적인 방법으로는 곤란하다. 하물며 방대한 종류와 그 천문학적 수와 그 증가력을 생각하는 것 ?만으로도 관리는커녕 하고 체념이 앞서는 것이 보통이다.실제 쉽게 미생물이라고 하여도 그 종류는 천문학적 수치이고 지구상의 식물을 단순히 식물로 보고 있는 이상으로 모호한 것이다. 왜냐하면, 식물은 광합성 기능이라는 공동항이 있음에 대해 미생물은 다양한 합성, 분해에 관여하고 있고 호기, 혐기, 호광, 혐광, pH와 온도에 대한 변동의 범위는 서두에서 부영양소 조건을 싫어하는 미생물도 다수 있고 그 다양함은 어마어마하다.?미생물의 응용에서 가장 장애가 되는 것은 이러한 것에서 오는 보이지 않고 천문학적이라는 맹신이다. 그 때문에 인간이 배양한 미생물을 토양에 사용하여도 이미 현존하고 있는 토양중의 미생물의 수로 하면 알려진 것이고 선주 미생물에 이실 수가 없다고 생각한다. 따라서 실험실의 한정된 조건에서 성공하여도 그 결과를 토양에 응용하는 것은 곤란하다고 하는 것이 이제까지의 대중의 인식으로 되어있다. 이러한 생각은 현재도 남아있고 미생물의 응용에서 커다란 장애로 되어있다. 그리고 그 장해에 의해 수많은 유용한있다.

공학/기술| 2008.08.25| 30페이지| 4,000원| 조회(769)

미생물, 생물학, 사례, 응용, 영향

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