http://chineseinput.net/에서 pinyin(병음)방식으로 중국어를 변환할 수 있습니다.
변환된 중국어를 복사하여 사용하시면 됩니다.
페롭스카이트 기반 촉매열분해를 통한 폐마스크 자원화 효율 향상
김홍렬 ( Hongryeol Kim ),이수민 ( Sumin Lee ),명재욱 ( Jaewook Myung ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-
최근 코로나 19의 발발로 인해 마스크 착용의 중요성이 강조되어 마스크의 생산 및 수요와 함께 폐마스크의 발생량 역시 급격하게 증가하였다. 그 결과 PE나 PP와 같은 플라스틱 기반 폐마스크들이 빠른 속도로 지구상에 누적되고 있으며, 이들이 보이는 난분해적 특성은 처리 문제의 해결에 난항을 제공하고 있다. 이러한 문제를 해결하고자 본 연구에서는 사방정계 형태로 구조적 안정성을 나타내는 페롭스카이트 촉매를 개발하고, 기존 촉매와 비교하여 촉매열분해 전후 성능평가를 진행하였다. 우선, 폐마스크의 화학적 조성을 확인하기 위하여 FTIR, ICP-OES로 분석한 결과, 마스크가 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE), 나일론(nylon), 철(Fe), 망간(Mn)로 구성되어 있음을 확인하였다. 이후, 대표적인 촉매제조기법인 sol-gel법을 이용하여 FeAlO<sub>3</sub>의 조성을 가지는 페롭스카이트를 개발하였고, 촉매에 대한 물리화학적 특성분석을 XRD, BET로 진행하였다. 그 결과, 기존 상용화된 촉매보다 훨씬 작은 기공사이즈(1.0202 ㎡/g)가 확인되었으며, 이러한 특성은 coke 형성을 억제하여 촉매 열분해 실험 후에도 메틸헵테인과 같은 고부가 물질의 생산에 기여하는 것으로 보인다. 마지막으로 상기 촉매들을 이용한 분해 산물을 비교해 본 결과, 페롭스카이트가 적용된 경우 C<sub>15</sub>~C<sub>48</sub> 사이 폴리머의 분해가 촉진되어 H<sub>2</sub>/CO를 포함한 가장 다양한 화학적 조성의 산물이 생산되는 것을 확인하였다. 이러한 연구결과는 현재 정부에서 진행하는 자원순환 사업과 연계하여 플라스틱 자원화 기술의 가능성을 높이는데 사용될 것으로 기대된다.
UV/Ozone 전처리를 통한 PETase 활용 Poly(ethylene terephthalate) 효소분해의 촉진
김홍렬(Hongryeol Kim),강진(Jin Kang),이도현(Do Hyun Lee),손정훈(Jung-Hoon Sohn),명재욱(Jaewook Myung) 유기성자원학회 2022 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.추계
생체 촉매인 효소를 활용한 Poly(ethylene terephthalate)(PET) 폐기물의 재처리 기술은 환경친화적이고 원재료의 경제적 가치가 보전된다는 장점으로 인해 현행 기계적 재활용 방식을 대체할 하나의 대안으로 주목받고 있다. 그러나 현재 효소 분해 기술은 다른 단위체 재활용 기술인 가용매분해와열분해에 비해 상대적으로 분해 효율이 낮아 경제적 측면에서 경쟁력이 부족하다. 따라서 본 연구에서는 UV/Ozone 처리를 통해 PET의 표면을 친수성으로 개질하고, 저온에서 높은 활성을 보이는 IsPETase 를 촉매로 활용하여 PET의 효소 분해 효율을 향상하고자 하였다. 이를 위해, 우선 PET 필름에UV/Ozone을 처리하고 FT-IR과 접촉각 분석을 통해 필름 표면 친수화 진행 여부를 확인하였다. 이과정에서 전처리로 인해 필름 표면의 친수성 작용기가 증가하고 접촉각이 감소되는 형태의 물리⋅화학적 변화가 확인되었다. 이후, 전처리 진행 및 미진행 시료에 대한 IsPETase 기반 효소 분해를 진행하고 생성물의 농도를 HPLC를 통해 분석하였다. 이를 통해 친수화된 전처리 진행 필름을 분해한 경우에서 단량체 Terephthalic acid (TPA) 생산량이 증가하였음을 확인하였다. 해당 결과는 UV/Ozone 전처리가 PET의 효소 분해 효율의 한계를 극복할 수 있는 하나의 수단으로 활용될 수 있음을 시사한다.
UV 전처리를 통한 POLY(ETHYLENE TEREPHTHALATE)의 이중 효소분해 촉진
김홍렬(Hongryeol Kim),강진(Jin Kang),손정훈(Jung-Hoon Sohn),명재욱(Jaewook Myung) 유기성자원학회 2022 유기성자원학회 학술발표대회논문집 Vol.2022 No.추계
폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET)는 현대사회 전반에서 막대한 양이 사용되어 버려지고 있으며, 이는 해양 미세 플라스틱과 같은 전 지구적 환경 문제들을 야기하고 있다. 최근 새로이 발견된미생물인 Ideonella sakainesis는 자체 효소인 IsPETase를 이용하여 PET를 단량체인 테레프탈산(TPA) 으로 분해할 수 있다는 사실이 보고되었다. 그러나 IsPETase와 같은 효소를 이용한 플라스틱 분해방법의 경우, 열분해 또는 가용매 분해와 같은 화학적 공정에 비해 분해 수율 측면에서 그 효율성이현저히 떨어진다는 문제가 있다. 본 연구에서는 이러한 한계를 보완하고자 자외선 광조사 유래 수산화라디칼으로 PET의 표면 개질을 유발하여 플라스틱 효소분해 효율을 향상시키고자 하였다. 이를위해, 우선 PET 필름에 자외선을 정량화하여 조사하고, FT-IR 분석과 접촉각 측정을 통해 전처리전후 필름의 물리화학적 변화를 확인하였다. 이 과정에서 필름 표면에서 친수성 작용기가 증가하여접촉각이 감소됨을 확인할 수 있었다. 이후, 전처리 유무 필름들에 대한 효소 분해를 진행하여 각각의 분해 결과물들을 HPLC를 이용하여 분석하였다. 그 결과 전처리로 인해 친수화된 필름이 전처리미진행 필름의 경우에 비해 향상된 분해 효율을 바탕으로 증가된 단량체 (TPA) 생산량을 보임을 확인하였다. 이러한 결과는 PET 효소 분해가 지닌 근본적인 효율성 문제를 극복하고 폐플라스틱의 제거 및 upcycling의 가능성을 넓힘에 일조할 수 있을 것이다.
미생물 이용 석유계 플라스틱에서 생분해성 플라스틱으로 업사이클링 연구
이수민 ( Sumin Lee ),김홍렬 ( Hongryeol Kim ),명재욱 ( Jaewook Myung ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-
코로나 19의 감염 예방을 위해 사용된 마스크는 매립 시 분해되기까지 450년 이상 걸린다. 전통적 폐플라스틱의 처리기술을 넘어 플라스틱 효소분해 기술은 폐플라스틱의 친환경 처리방법으로 각광받고 있다. 본 연구에서는 석유계 플라스틱인 PET를 효소분해에서 더 나아가 PHA로 업사이클링까지 하는 연구를 진행하였다. 먼저, PET 먹는 박테리아, Ideonella sakaiensis 내 IsPETase 추출한 후, PET 단량체인 TPA (Terephthalic acid)를 생산하였다. 이를 위해 PETase plasmid가 삽입된 E.coli BL21를 LB medium 에서 37 ℃, 200 rpm, 12 시간 배양하였고, affinity tag를 사용하여 단백질을 가지고 있는 세포부터 IsPETase (6mg/1L)를 추출하였다. 이후, 소양배양기에서 40 ℃, 150 rpm, 24 시간동안 PET 분해실험을 진행한 결과, 3 mg/mL의 TPA 가 생산됨을 HPLC를 통하여 확인하였다. 이렇게 생산된 TPA는 PHA 생성균의 탄소자원으로 응용하는 연구를 진행하였다. 질소가 제한된 AMS, NMS 배지로 30 ℃, 7일 배양한 후, PHA 생산균에 대한 균주군집 분석(qPCR)을 진행하였다. 선별된 PHA 생산균는 다양한 탄소자원의 영향에 따른 PHA 생성비율, 기계적 특성을 비교측정하였다. 이러한 연구결과는 기존 폐플라스틱 자원화 기술을 넘어 폐플라스틱의 친환경 생물학적 처리 가능성을 높이는데 사용될 것으로 기대된다.
플라즈마를 통한 페롭스카이트의 NOx 선택적 촉매 환원 반응
이수민 ( Sumin Lee ),김홍렬 ( Hongryeol Kim ),( Nguyen Duc Ba ),목영선 ( Young Sun Mok ),명재욱 ( Jaewook Myung ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-
지구 온난화 주범으로 알려진 디젤차 배출가스인 NOx는 현재 국제적으로 강도 높은 규제로 2020년 기준 0.08 g/km로 제한되었다. 이러한 흐름에 맞춰 자동차, 산업단지에서는 NOx 제거공정 및 장치를 추가하였지만, 촉매가 활성되지 못하는 200 ℃ 이하 범위에서는 효율적으로 NOx가 제거되지 못한 채 방출되고 있다. 기존 Ag/Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>를 대체하여 사용된 페롭스카이트 촉매는 표면 격자 산소가 풍부하여 NOx 제거반응에 활용된다고 알려져 있다. 본 연구에서는 높은 격자 산소 전달 용량을 지닌 촉매인 LaMnO<sub>3</sub> 페롭스카이트 촉매를 이용해 유전체 장벽 방전 플라즈마 반응기에서 선택적 촉매 환원 (SCR) 반응 실험을 진행하였다. 페롭스카이트의 SCR 실험 결과, 200 ℃ 이하 플라스마 기반 NOx SCR이 나타났다. FTIR 분석을 통해 환원제인 도데칸(C<sub>12</sub>H<sub>26</sub>)의 이산화탄소 전환되는 것을 확인하였고, 도데칸을 통하여 NOx 제거에서 산화반응의 방해가 되는 요소가 감소된 것을 의미한다. 이러한 결과는 낮은 온도에서 디젤차의 배기가스 내 NOx 제거를 가능하게 하고, 플라즈마 SCR의 잠재성과 실용성에 기여한다.