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Alkaline Hydrogen Peroxide 전처리가 신갈나무의 탈구조화 및 효소당화에 미치는 영향
김종화(Jong-Hwa Kim),최준호(June-Ho Choi),조성민(Seong-Min Cho),김종찬(Jong-Chan Kim),이다송(Da-Song Lee),박상우(Sang-Woo Park),정한섭(Hanseob Jeong),최인규(In-Gyu Choi) 한국산림바이오에너지학회 2020 산림바이오에너지 Vol.30 No.1
본 연구에서는 alkaline hydrogen peroxide (AHP) 전처리를 통해 신갈나무(Quercus mongolica)의 탈구조화를 수행하였으며 이후 효소 당화를 적용하여 당 수율을 평가하였다. 반응온도는 저온(상온, 50℃), 고온(150℃, 160℃, 170℃) 2구간으로 설정하였으며 저온 구간의 경우 반응시간을 24시간, 고온 구간의 경우 반응시간을 10분으로 설정하였다. 과산화수소 농도는 2, 4, 8%(w/w)으로 변화를 주었으며 NaOH를 투입하여 pH를 11.3으로 유지하였다. AHP 전처리 결과 고형 잔사 내 헤미셀룰로오스와 리그닌이 분해되어 그 함량이 감소하였으며 헤미셀룰로오스의 경우 올리고머, 다당류의 형태로 액상에 유리되었다. 전처리 조건이 가혹해질수록 헤미셀룰로오스와 리그닌의 분해정도가 증가하였으며 동시에 셀룰로오스의 분해도 증가하였다. AHP 전처리 액상 내에는 포름산, 아세트산과 같은 유기산이 주로 생성되었으며 반응조건이 가혹해질수록 생성되는 유기산의 함량이 증가하였다. 한편, 효소 당화를 통한 당 수율은 리그닌의 제거정도가 높을수록 증가하였으며 반응온도 150℃, 8% 과산화수소 농도 조건에서 최대 78%의 당 수율을 보였다. In this study, oak wood (Quercus mongolica) was treated with alkaline hydrogen peroxide (AHP) to observe the degree of it’s structural deconstruction and AHP-treated oak wood was subjected to enzymatic hydrolysis to analyze glucose yield. AHP pretreatment was operated at several temperature conditions: room temperature(RT), 50, 150, 160, 170℃. Reaction time was set as followed; 24h for RT and 50℃; 10min for 150, 160, 170℃ and hydrogen peroxide concentration was 2, 4, 8%(w/w). The pH of the reaction solution was adjusted with aq. NaOH to ca. 11.3. After AHP pretreatment, contents of hemicellulose and lignin in solid residue were decreased. Degradation rate of hemiceelulose and lignin increased as reaction condition became severer. Organic acids such as formic acid and acetic acid were released into liquid hydrolysate and contents of organic acids also increased with the reaction severity. Enzymatic hydrolysis of AHP-treated oak wood revealed that glucose yield increased as lignin was more destructed. Maximum glucose yield (78%) in this research was accomplished in 150℃ of reaction temperature and 8% of hydrogen peroxide concentration.
과산화수소를 이용한 열수 전처리 액상가수분해물로부터 다이카르복실산 생산
김종화 ( Jong-hwa Kim ),김종찬 ( Jong-chan Kim ),최준호 ( June-ho Choi ),조성민 ( Seong-min Cho ),이다송 ( Da-song Lee ),박상우 ( Sang-woo Park ),최인규 ( In-gyu Choi ) 한국목재공학회 2019 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2019 No.2
본 연구에서는 신갈나무(Quercus mongolica)를 열수 처리한 후 발생하는 액상 가수분해물 내 헤미셀룰로오스 유래 당 및 올리고머를 푸르푸랄로 전환시킨 이후 다이카르복실산(숙신산, 말레산)을 생산하고자 하였다. 열수 처리는 촉매를 투입하지 않은 조건에서 200℃, 10분간 반응하였고 원시료 내 헤미셀룰로오스 중 약 88%가 xylose+mannose+galactose (XMG), 5탄당 유래 올리고당, 푸르푸랄로 전환되어 액상 가수분해물로 유리되었다. 이후 액상 가수분해물 15 mL에 황산 5 mmol을 추가하여 150-180℃에서 10-30분간 반응하여 액상가수분해물 내 XMG와 올리고당을 푸르푸랄로 전환하였다(1<sup>st</sup> step 처리 액상). 이후 1<sup>st</sup> step 처리 액상 3 mL에 과산화수소 5 mmol을 추가한 후 80℃, 12시간 동안 반응시켜 푸르푸랄을 다이카르복실산으로 전환하였다(2<sup>nd</sup> step 처리 액상). 이후 1<sup>st</sup>, 2<sup>nd</sup> 처리 액상은 high performance liquid chromatography (HPLC)를 통해 당, 푸르푸랄, 다이카르복실산의 함량을 측정하였다. 그 결과 반응온도, 반응시간이 증가할수록 1<sup>st</sup> step 처리 액상 내 당의 함량은 감소하였고 180℃, 30분 반응조건에서 모든 당이 푸르푸랄과 같은 당 전환산물로 전환되었다. 푸르푸랄의 경우 전반적으로 반응온도 및 반응시간이 증가할수록 푸르푸랄의 함량은 증가하였으나 180℃ 조건에서는 반응시간이 증가하였을 때 푸르푸랄의 추가적인 전환이 발생하여 오히려 함량이 감소하였다. 2<sup>nd</sup> step 처리의 경우 180℃, 30분 반응 조건의 1<sup>st</sup> step 처리 액상을 사용하였을 때 68%의 푸르푸랄이 전환되었고 다이카르복실산의 수율은 액상 내 푸르푸랄 대비 50%로 나타났다.
에탄올 유기용매 리그닌의 추출조건 및 함량에 따른 EOL-PLA blend 물성 평가
박상우 ( Sang-woo Park ),최준호 ( June-ho Choi ),김종화 ( Jong-hwa Kim ),조성민 ( Seong-min Cho ),김종찬 ( Jong-chan Kim ),이다송 ( Da-song Lee ),이상윤 ( Sang-youn Lee ),조영민 ( Young-min Cho ),최인규 ( In-gyu Choi ) 한국목재공학회 2020 한국목재공학회 학술발표논문집 Vol.2020 No.1
최근 분해되지 않는 미세플라스틱 문제로 인해 자연적으로 분해되는 생분해성 플라스틱이 각광 받고있다. 생분해성 플라스틱 중 Poly lactic acid(PLA)는 강도가 우수한 장점을 지니고 있으나 열 안정성이 낮고 생분해가 비교적 더딘 단점이 있다. 이를 극복하기 위해 다양한 화학·천연 고분자를 첨가하는데 그중 리그닌은 높은 열 안정성을 지니면서 자연계에서 생분해가 일어나 PLA의 열 안정성을 보완하고 생분해를 촉진할 수 있을 것으로 기대된다. 본 연구에서는 졸참나무로부터 다양한 조건에서 에탄올 유기용매 리그닌을 생산했고 생산된 리그닌을 함량별로 PLA와 혼합하여 물성(인장강도, 열적 특성, 생분해도) 평가를 진행하였다. 리그닌의 함량이 높을수록 인장강도는 떨어지고, 열적 특성은 높아지는 경향을 보였다. 생산된 유기용매 리그닌의 경우 온화한 반응조건에서 생산된 리그닌을 사용한 경우 인장강도가 감소하는 경향을 보였고, 열적 특성의 경우 가혹한 조건에서 생산된 리그닌을 사용할 경우 열 안정성이 증가하는 경향이 보였다. 생분해성의 경우 PLA 대비 리그닌 함량이 더 많을수록 더 빠른 생분해가 측정되었다.
Copper Alloy Metal Fiber를 이용한 Heat pipe 표면의 스케일 제거에 관한 연구
이상호(Sang Ho Lee),김은희(Eun Hee Kim),김종화(Jong Hwa Kim),송주영(Ju Yeong Song) 한국유화학회 2008 한국응용과학기술학회지 Vol.26 No.4
This paper is a new method for prevent. The particulate scale. stero-microscope were used for the scale removal experiment to improve mineralogical characteristics and the reduction of scales in heat pipe. Generally, the scale in the heat pipe consists of calcium carbonate minerals, such as calcite and aragonite which are precipitated by the reaction of Ca and CO2 in the water. Copper alloy metal could eliminate the scale and prevent the production of scale in the heat pipe.