스페이서 구조 및 음극 전해질 농도 변화에 따른 Pilot 규모 전기화학적 H₂O₂ 발생 장치의 최적화 및 성능 평가

이진희(Jin Hee Lee),한희주(Hee Joo Han),이정훈(Jeong Hun Lee),장정화(Jung Hwa Jang),김대원(Dae Won Kim) 대한환경공학회 2020 대한환경공학회지 Vol.42 No.2

목적 : 전기화학적 과산화수소(H₂O₂) 생산을 위하여 pilot 규모의 바이폴라형 전기화학적 발생 장치(bipolar-electrochemical generator or bipolar-electrolyzer)를 개발하였다. 그리고 전기화학적 과산화수소 발생 장치 내 전해질의 유로를 형성하는 역할을 하는 양극 스페이서와 음극 스페이서의 구조 및 배치 변화에 따른 과산화수소의 발생 농도와 발생 효율을 비교함으로써 최적 스페이서 구조와 배치 방안을 확립하고 전기화학적 과산화수소 발생 장치의 성능을 향상시키고자 하였다. 방법 : 본 연구에서는 전기화학적 과산화수소 발생 장치 내 양극 스페이서와 음극 스페이서의 채널 서포터의 구조와 배치를 조절하여, 전기화학적 과산화수소 발생 장치 내 양극 및 음극 스페이서의 구조와 배치를 최적화하였다. 또한 실제 산업에서 요구하는 고농도의 과산화수소를 생산하기 위해 전해질(Na₂SO₄)의 농도를 조절하여 발생한 과산화수소의 농도와 발생 효율을 평가하였다. 결과 및 토의 : 너비가 넓은 채널 서포터와 좁은 채널 서포터를 양/음극 스페이서로 적용하여 50 A에서 전기분해장치를 운영하였다. 그 결과, 너비가 넓은 채널 서포터를 사용하였을 때 2023.83 mg/L의 과산화수소 발생 농도를 보이며 좁은 채널 서포터를 사용하였을 때보다 더 높은 과산화수소 발생 농도를 보임을 확인하였다. 그리고 양/음극 스페이서의 채널 서포터 존재 유・무를 조합하여 50 A에서 전기분해하였을 때, 양극 스페이서에 채널 서포터가 없고 음극 스페이서에 채널 서포터가 존재할 때 가장 높은 과산화수소 농도(2295.95 mg/L)와 발생 효율(86.87%)을 나타냈다. 또한, 전해질(Na₂SO₄)의 농도를 10 PSU와 20 PSU로 조절하여 테스트하였을 때 전해질의 농도가 더 높을수록 과산화수소의 발생 농도(20 PSU, 80 A, 4217.74 mg/L)와 발생 효율(20 PSU, 80 A, 74.80%)이 높은 것을 확인하였다. 결론 : 본 연구는 전기화학적 과산화수소 발생 장치 내 스페이서의 형태와 배치를 최적화하여 고농도의 과산화수소를 높은 발생 효율로 생산하였으며, 본 논문의 과산화수소 발생 장치에 대하여 실제 산업에서의 적용 가능성을 확인하였다. Objectives : In this study, We developed pilot-scale bipolar-electrochemical generator (or bipolar-electrolyzer) for generating hydrogen peroxide (H₂O₂). By comparing H₂O₂ concentration and generation efficiency of H₂O₂ according to structure and arrangement of anode/cathode spacer, the structure and arrangement of spacer have been optimised for high H₂O₂ concentration and generation efficiency. Methods : The concentration and generation efficiency of H₂O₂ were evaluated by changing the width of the channel supporter in anode/cathode spacer and we optimised the arrangement of anode/cathode spacer in electrochemical generator. Additionally, we also evaluated the efficiency of H₂O₂ generation with different concentration catholyte (Na₂SO₄). Results and Discussion : The electrochemical H₂O₂ generator applied anode/cathode supporter with narrow channel supporter showed high H₂O₂ concentration of 2023.83 mg/L. Electrochemical H₂O₂ generator with N-C type spacer (anode: no channel supporter, cathode: channel supporter) showed the highest H₂O₂ concentration (2295.95 mg/L) and H₂O₂ generation efficiency (86.87%). also, we observed that the electrolyzer with 20 PSU has higher H₂O₂ concentration (4217.74 mg/L) and generation efficiency (74.80%). Conclusions : As a results, We generated H₂O₂ with high concentration and high generation efficiency by optimising structure and arrangement of spacer in electrochemical H₂O₂ generator. Also, We concluded that the developed bioplar-electrochemical generator in our study could be applied to the real industry.

오존과 과산화수소를 이용한 Geosmin과 2-MIB 산화

이화자(Hwa Ja Lee),손희종(Hee Jong Son),노재순(Jae Soon Roh),이상원(Sang Won Lee),지기원(Ki Won Ji),유평종(Pyung Jong Yoo),강임석(Lim Seok Kang) 大韓環境工學會 2007 대한환경공학회지 Vol.29 No.7

수돗물내의 불쾌한 이취미는 수도사업자에게 여러 가지 문제를 일으킨다. 비록 이취미는 건강상에 유해하지는 않지만 소비자들에게 수돗물의 안정성을 의심하게 되는 주된 요인이 되고 있다. 본 연구에서는 낙동강 원수와 급속 모래여과 처리수에 함유된 geosmin에 대한 오존과 오존/과산화수소 공정에서 접촉시간별 제거경향을 조사한 결과, 오존 단독공정에 비하여 오존과 과산화수소 혼합공정이 오존 단독공정 보다 접촉시간별로 geosmin 제거율이 월등히 증가하였다. 오존과 과산화수소 투입농도에 따른 여과수 중의 geosmin과 2-MIB의 제거특성 평가에서 2-MIB 보다 geosmin이 오존 및 오존/과산화수소 공정에서 제거가 용이한 것으로 나타났다. 원수 및 여과수에 함유된 geosmin과 여과수에 함유된 2-MIB에 대해 오존 주입농도 0.5∼2.0 mg/L 범위에서 오존과 과산화수소 주입비율 (H₂O₂/O₃)에 따른 각각의 반응 속도상수 k의 변화를 조사한 결과, 오존 및 오존과 과산화수소의 주입비율이 증가할수록 반응 속도상수 k가 급격히 증가하였으며, 오존과 과산화수소의 주입비율이 어느 한계 이상에 도달하면 반응 속도상수 k는 더 이상 증가하지 않는 것으로 나타났다. 따라서 오존 주입농도 0.5∼2.0 mg/L 범위에서 오존 대비 과산화수소의 적정 주입비율(H₂O₂/O₃) 1∼2 사이인 것으로 나타났다. 급속 모래여과 처리수에서 보다는 오존과 OH 라디칼 소비물질이 많이 존재하는 원수에서의 반응속도 상수가 더 낮은 것으로 나타났다. 오존 주입농도별로 과산화수소 주입농도에 대한 급속 모래여과 처리수중의 geosmin이 제거되는 반감기를 조사한 결과, 오존과 과산화수소 주입농도가 증가할수록 geosmin의 반감기는 급격히 줄어들었으며, 오존만 2 mg/L 주입하여 geosmin을 산화시킨 경우보다 오존 2 mg/L와 과산화수소 10 mg/L를 함께 주입한 경우 반감기가 38.9분에서 4.6분으로 8.5배 정도 감소되는 것으로 나타났다. Unpleasant tastes and odors in drinking water cause same problems for water utilities across Korea. Even though tastes and odors do not create health problems, they are main concerns for consumers who determine the safety of their drinking water. In this study, two different odor producing compounds(geosmin, 2-MIB) in the Nakdong river water and rapid sand filtered water were treated by advanced oxidation of O₃/H₂O₂ process. The experimental results showed that the removal efficiency of geosmin with the use of 5 mg/L of O₃ and H₂O₂ was higher than efficiency with the use of O₃ alone for both the raw water and the sand filtered water. And in general, the removal efficiency of geosmin was higher than 2-MIB in the sand filtered water. Under the range of O₃ concentration 0.5∼2.0 mg/L, the removal rate constants(k) of geosmin for the raw and sand filtered waters, and the one of 2-MIB in the sand filtered water were increased rapidly as doses of O₃ and H₂O₂/O₃ increased. The removal rate constants(k) do not increase any more when H₂O₂/O₃ ratio increases above the optimum ratio. The optimum ratio of H₂O₂/O₃ dose was 1.0∼2.0 for both geosmin and 2-MIB. The removal rate constant(k) becomes lower when OH radical consuming materials are present in raw water. The half-life of geosmin decreased rapidly as the O₃ and H₂O₂ doses increase in the sand filtered water. The half life decreased about 8.5 times with the use of 2 mg/L of O₃ and 10 mg/L of H₂O₂ than with the use of 2 mg/L of O₃ alone for the sand filtered water.

열역학적 평형 계산을 통한 폐탄화수소로부터 수소 생산 연구

공지현 ( Ji-hyeon Gong ),김지은 ( Jee-eun Kim ),김민주 ( Min-ju Kim ),김진희 ( Jin-hee Kim ),전경원 ( Kyung-won Jeon ),장원준 ( Won-jun Jang ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-

본 연구에서는 폐탄화수소 중 메테인(CH₄), 에테인(C₂H₆), 프로페인(C₃H₈), 부테인(C₄H₁₀)을 선정하여 수소 생산을 위한 수증기 개질 반응에서 열역학적 평형 계산을 수행하였다. 열역학적 평형 계산은 Gibbs 자유에너지 최소화 기법을 이용해 HSC chemistry 6,0 software를 사용하여 계산하였다. 실험에 적용된 변수는 H₂O/C 비(1.0~3.0), 반응 온도(500~1000℃)이며, 이론적 전환율 및 H₂ 수율, CO 수율, 탄소침적(부반응) 및 H₂/CO 생성량을 계산하였다. 최적 반응 조건 선정을 위해서는 투입 수증기량, 전환율, 수율, 탄소 침적을 고려하였다. 열역학적 평형 계산 결과, CH₄ 전환율은 온도가 증가함에 따라 증가하였으며, 이를 제외한 알케인계 탄화수소(C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀)는 모든 온도에서 과량의 수증기량과 상관없이 100%의 전환율을 나타냈다. H₂ 수율은 온도가 증가함에 따라 증가하였으나 H₂O/C 비가 2.0 및 3.0일 때 각각 700℃ 및 650℃ 이상의 온도에서 H₂ 수율이 감소하였다. 이는 RWGS(Reverse Water Gas Shift) 반응에 의해 H₂가 소모되어 나타난 결과이다. 탄소침적은 온도 및 H₂O/C 비가 증가함에 따라 감소하였다. 그 중 H₂O/C 비가 2.0 이상인 조건일 때, 모든 온도 범위에서 탄소침적이 나타나지 않았다.

수소경제사회 실현을 위한 액체 유기 수소캐리어를 이용한 수소 수송 관련 예비 경제성 평가

이보름,이현준,문창환,문상봉,임한권 한국수소및신에너지학회 2019 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.30 No.2

Reliable H2 supply is necessary for entering a H2 society. Among the various H2 storage and transportation methods, liquid organic H2 carrier (LOHC) is in the spotlight because of a lot of advantages compared to conventional one such as compressed H2 and liquefied H2. Therefore, we performed preliminary economic analysis of H2 supply cost using LOHC for a H2 production capacity of 300 Nm3 h-1 employing itemized cost estimation and sensitivity analysis to evaluate economic viability of this technology in Korea.

Quinacrine 형광을 이용한 토마토 뿌리조직 마이크로솜의 수소이온이동 활성측정

신대섭,조광현,김영기 한국농화학회 2002 Applied Biological Chemistry (Appl Biol Chem) Vol.45 No.2

quinacrine은 수소이온 농도변화에 민감한 형광 probe로서 양성자와 결합하지 않은 형광형이나, 양성자와 결합한 비형광형으로 존재한다. 따라서,quinacrine은 H^+-ATPase에 의한 수소이온이동 활성 측정에 이용된다. 본 연구에서는 토마토 뿌리조직에서 분리한 마이크로솜에서 quinacrlne의 형광성을 이용한 H^+-ATPase 활성측정의 최적 조건을 조사하였다. Quinacrine의 형광변화는 반응용액 중의 단백질 함량이 0.43㎍/㎕에서 25-26% 감소하여 10%의 quinacrine 형광을 감소시키는 데 약 100nmol/min의 H^+-ATPase 활성이 필요함을 알 수 있었다.Quinacrine의 최대 형광변화는 pH 7.0-7.2범위와 2mM Mg^2+ 조건에서 일어났다. 이것은 기존에 보고한 H+-ATPase의 특성과 일치하여, quinacrine의 형광변화가H+-ATPase의 활성을 잘 반영하고 있음을 보인다. 원형질막 및 액포막 H+-ATPase들의 선택적 저해제인 vanadate와 NO는 각각의 효소에 의한 수소이온이동 활성을 저해하는데 성공적임을 확인하였다. 이상의 결과로 quinacrine이 토마토 뿌리조직에서 분리한 마이크로솜의 수소이온이동 활성측정에 유용하게 이용될 수 있음을 확인하였다. Quinacrine, a pH-sensitive fluorescence probe, which exists either as an unprotonated fluorescence from or a protonated nonfluorescence from, can be used to measure the proton transport actiity of H^+-ATPnse.Quinacrine was usexl to determine the optimal conditions for measuring the activity of microsomal H^+-ATPases prepared from the roots of tomato plants.The amount of quinacrine fluorescence quenching obtained at 0.43㎍/㎕ of microsomal protein concentration wsa 25-26%, which shows that the enzyme activity of 100nmol/min decreases 10% of quinacrine fluroescence. Maximal fluorescence quenching was obtained at pH 7.0-7.2 and 2 mM Mg^2+. Because the activity of microsomal H+-ATPase is also maximal at these conditions, the quinacrine fluorescence well represents the activity of H+-ATPase. Vanadate and NO_3-, specific inhibitors of plasma and vacuolar H+-ATPase, respectively, were successfully applied to inhibit the quinacrine fluorescence quenching mediated by the corresponding H+-ATPase.These results imply that quinacrine is a useful tool for measuring the proton transport activities of microsomes obtained from the root tissue of tomato plants.

유류오염물질에 대한 과산화수소를 이용한 화학적산화법의 현장 적용성 평가

장두훈,이재영 한국도시환경학회 2019 한국도시환경학회지 Vol.19 No.4

In this study, the purpose of evaluating the site applicability of the chemical oxidation method using hydrogen peroxide among the in-situ cleanup techniques was to be applied to areas where excavation is restricted due to ground structures and underground burials. The range contaminated with TPH was 951 m3 and the TPH peak pollution concentration was 10,988 mg/kg, and based on the determination of hydrogen peroxide demand, the Cetane of 1 kg was calculated as 7.37 kg H2O2 and 2.27 kg H2O2 for organic matter in soil. The concentration of hydrogen peroxide was 35% and the input was 88 tons. The concentration was reduced from N.D. to 140.21 mg/kg as a result of site application in contaminated areas, and the reduction rate was 96.2 to 99.8%. The on-site applicability assessment using hydrogen peroxide confirmed that high-concentration contaminated areas can be reduced with high efficiency. In addition, when examining the amount of injection of an oxidizer to reduce time and cost in cleaning up contaminated soil using hydrogen peroxide, it was confirmed that the higher the concentration of hydrogen peroxide, the higher the efficiency of reducing it, the higher the efficiency of the penton oxidation when the presence of iron in the soil, or the addition of a catalyst iron salt. In addition, although the optimal concentration of hydrogen peroxide was found to be 10%, it is deemed necessary to consider other factors that may affect the efficiency of reducing pollution as a result of indoor experiments, and to calculate the appropriate concentration through field demonstration tests, and to determine whether catalyst is added. 본 연구에서는 지상구조물과 지하매설물로 인해 굴착이 제한되는 지역을 대상으로 현장 원위치(In-situ) 정화기술 중과산화수소를 이용한 화학적산화법의 현장 적용성을 평가하고자 하였다. TPH로 오염된 범위는 951 m3, TPH 최고오염농도는 10,988 mg/kg이였으며, 과산화수소 소요량을 판단한 결과 1 kg의 Cetane의 소요량은 7.37 kg H2O2, 토양 내 유기물질에 대한 소요량은 2.27 kg H2O2로 산출되었다. 과산화수소의 농도는 35%, 투입량은 88 ton으로 적용하였다. 오염지역 현장 적용결과 농도는 N.D~140.21 mg/kg로 저감되었고, 96.2~99.8%의 저감효율을 보였다. 과산화수소를 이용한 현장 적용성 평가 결과 고농도 오염지역에 대해서도 높은 효율로 오염물질을 저감시킬 수 있음이 확인되었다. 또한 과산화수소를 이용한 오염토양 정화 시 시간과 비용절감을 위해 효율적인 산화제 주입량을 고찰한 결과 과산화수소의 농도가높을수록 저감 효율이 높아지고, 토양에 철성분이 존재하거나, 촉매제인 철염을 추가하였을 때 펜톤 산화로 인해 저감 효율이 높아짐을 확인하였다. 또한 여러 연구결과 과산화수소의 적정 농도는 10%로 확인되었으나, 대부분 실내실험을 통한 결과로 현장 적용 시에는 오염농도 저감 효율에 영향을 미칠 수 있는 다른 인자들에 대해 검토가 필요하고, 현장 실증실험을 통해 적정 농도를 산정하고, 촉매제의 첨가 여부를 판단하는 과정이 필요하다고 사료된다.

낙동강 하류 정수장을 대상으로 모의 오존 및 자외선/과산화수소 공정을 이용한 의약물질 제거능 및 예측모델 평가

서창동(Chang-Dong Seo),이우림(Woorim Lee),염훈식(Hoon-Sik Yoom),최상기(Sangki Choi),이윤호(Yunho Lee),손희종(Heejong Son) 대한환경공학회 2021 대한환경공학회지 Vol.43 No.7

목적: 낙동강 하류에 위치한 대형 정수장으로 유입 가능성이 높은 의약물질들에 대해 후 오존(O₃) 공정에서의 제거능과 후O₃ 처리공정을 대체할 수 있는 자외선/과산화수소(UV/H₂O₂) 공정에서의 제거능을 함께 평가하고, 이들 공정에서 의약물질들에 대한 제거율 예측 모델을 사용하여 수질변화에 따른 제거율 예측을 수행하여 정수장 선진화 사업의 자료로 활용하고자 하였다. 방법: 낙동강 하류 정수장의 모래여과수를 대상으로 19종의 의약물질들에 대하여 O₃ 및 UV/H₂O₂ 처리를 진행하였다. 순수 및 모래 여과수에서의 제거율 평가를 위하여 의약물질 19종을 각각 100 ng/L 농도로 투입하였다. O₃ 처리실험에서 O₃ 주입량은 0.1∼2.0 gO₃/gDOC (0.25∼5.0 mgO₃/L)의 범위였으며, UV/H₂O₂ 공정에서는 시료에 H₂O₂ (5, 10 mg/L)를 투입하여 0∼1,500 mJ/cm²의 범위로 UV을 조사하였다. 결과 및 토의 : 후O₃ 공정을 모사한 O₃ 처리실험의 경우, O₃ 주입량 0.2 gO₃/gDOC (=0.5 mgO₃/L) 조건에서 O₃과 높은 반응성(kO₃ 6.5×10²∼2.6×10<SUP>6</SUP> M<SUP>-1</SUP> s<SUP>-1</SUP>)을 가진 17종의 의약물질들은 92% 이상 제거되었다. 그러나 iopromide (IPM)와 primidione (PRM) 2종은 O₃과의 낮은 반응성(kO₃ < 1 M<SUP>-1</SUP> s<SUP>-1</SUP>)으로 인하여 동일한 O₃ 입량(0.2 gO₃/gDOC)조건에서 36∼45% 정도의 저조한 제거율을 나타내었다. IPM과 PRM에 대해 90% 이상의 제거율을 얻기 위해서는 2.0 gO₃/gDOC 이상의 O₃ 주입량이 요구되어 O₃ 처리만으로는 제어가 어려운 것으로 평가되었다. H₂O₂ 투입농도 10 mg/L, UV 조사량 500과 1,000 mJ/cm²의 조건으로 UV/H₂O₂ 공정을 모사한 경우, 19종의 의약물질 제거율은 각각 63∼99% 및 87∼99%였으며, caffeine (CAF)의 제거율이 가장 낮았다. O₃ 공정에서 제거율이 낮은 IPM 및 PRM의 경우에는 OH 라디칼과의 빠른 반응속도(kOH = 3.3×10<SUP>9</SUP> 및 5.2×10<SUP>9</SUP> M<SUP>-1</SUP> s<SUP>-1</SUP>)로 인하여 O₃ 공정에 비하여 제거율이 높은 것으로 평가되었다. O₃ 및 UV/H₂O₂ 공정에서 수중의 용존 유기물질 농도변화에 따른 의약물질들의 제거율 변화를 평가하기 위해 화학적 동역학 모델을 사용하여 제거율 예측모델을 적용해 본 결과, 용존성 유기물질농도가 1.5 mg/L에서 3.0 mg/L로 증가할 경우 O₃ 공정(O₃ 투입농도 1.0과 2.0 mg/L)에서의 IPM과 PRM은 각각 22∼24% 및 15∼24% 정도 제거율이 감소하였다. 또한, UV/H₂O₂ 공정(H₂O₂ : 10 mg/L, UV : 500∼1,000 mJ/cm²)의 경우에는 용존 유기물질 농도가 1.5∼3.0 mg/L로 증가하였을 때 16종의 의약물질들의 제거율이 0∼29% 정도 감소되었으며, CFN의 제거율 감소폭이 가장 높게 나타났다 결론: O₃ 및 UV/H₂O₂ 처리공정에 의한 의약물질 제거율 평가 및 예측을 진행한 결과, 의약물질류 제거를 위해 O₃ 공정의 대체공정으로 UV/H₂O₂ 공정의 적용 가능성을 확인하였다. Objectives : In the case of pharmaceuticals with high possibility of inflow into the large drinking water treatment plant (DWTP) located in the downstream of the Nakdong River, we tried to evaluate the removal efficiency of pharmaceuticals in the both ozone (O₃) and the UV/H₂O₂ treatment as an alternative of post-O₃ process. It was intended to be used as data for the advanced WTP project by prediction of the removal efficiency in the O₃ and UV/H₂O₂ processes with varying water quality conditions. Methods : O₃ and UV/H₂O₂ process were performed for 19 kinds of pharmaceuticals in the sand-filtered water of DWTP. In order to evaluate the removal efficiency in deionized water (DI) and sand-filtered water (SFW) matrices, 19 pharmaceuticals were spiked at a concentration of 100 ng/L, respectively. In the O₃ process, the specific O₃ dose was 0.1∼2.0 gO₃/gDOC (0.25∼5.0 mgO₃/L). In the UV/H₂O₂ process, H₂O₂ (5 and 10 mg/L) was added to the sample before UV was irradiated (0∼1,500 mJ/cm²). Results and Discussion : In the case of simulated post-O₃ process, the removal efficiency of high-ozone reactive pharmaceuticals (kO₃ 6.5×10²∼2.6×10<SUP>6</SUP> M<SUP>-1</SUP> s<SUP>-1</SUP>) was up to 92% at the specific O₃ dose of 0.2 gO₃/gDOC. However, the removal efficiency of iopromide (IPM) and primidone (PRM) was only 36∼45% in the same O₃ dose (0.2gO₃/gDOC) due to the low O₃ reactivity (kO₃ < 1 M<SUP>-1</SUP> s<SUP>-1</SUP>). A specific O₃ dose of 2.0 gO₃/gDOC (=5 mgO₃/L) was required to achieve a removal efficiency of over 90% for IPM and PRM, indicating that these O₃-refractory pharmaceuticals are difficult to control by O₃ process. In the case of simulated UV/H₂O₂ (10 mg/L H₂O₂) process, the removal efficiency of 19 pharmaceuticals at the UV fluence of 500 and 1,000 mJ/cm² were 63∼99% and 87∼ 99%, respectively, and caffeine (CFN) had the lowest removal efficiency. For the O₃-refractory pharmaceuticals (i.e., IPM and PRM), the removal efficiency was higher in the UV/H₂O₂ process than that in the O₃ process due to the high reactivity with OH radical (kOH = 3.3×10<SUP>9</SUP> and 5.2×10<SUP>9</SUP> M<SUP>-1</SUP> s<SUP>-1</SUP>). Prediction of removal efficiency for pharmaceuticals in the O₃ and UV/H₂O₂ process was performed using chemical kinetics model to evaluate the change in removal efficiency with varying DOM concentration. As a result of prediction model for O₃, when the DOM concentration increased from 1.5 to 3.0 mg/L, the removal efficiency of IPM and PRM decreased by 22∼ 24% and 15∼24%, respectively. In the case of UV/H₂O₂ process (10 mg/L H₂O₂ and UV fluence of 500~1,000 mJ/cm²), the removal efficiency of 16 kinds of pharmaceuticals was reduced by 0∼29%, and the degree of reduction in the removal efficiency of CFN was the highest. Conclusions : As a result of evaluation and prediction of the removal efficiency of pharmaceuticals in the O₃ and UV/H₂O₂ treatment processes, it is confirmed that the possibility of applying the UV/H₂O₂ treatment as an alternative process to the O₃ to abatement of pharmaceuticals.

H₂O₃과 물(H₂O) 클러스터들의 분자구조와 열역학적 안정성에 대한 이론적 연구

서현일,김종민,송희성,김승준,Seo, Hyun-il,Kim, Jong-Min,Song, Hui-Sung,Kim, Seung-Joon 대한화학회 2017 대한화학회지 Vol.61 No.6

$H_2O_3(H_2O)_n$ (n=1-5) 클러스터들에 대해서 밀도 범함수 이론(DFT)과 순 이론(ab initio) 방법을 cc-pVD(T)Z 바탕집합(basis set)과 함께 사용하여 가능한 여러 구조를 최적화하고 결합에너지와 조화진동수를 계산하였다. $H_2O_3$ 단량체의 경우 CCSD(T)/ccp-VTZ 이론 수준에서 트랜스(trans) 구조가 시스(cis) 구조보다 더 안정한 것으로 계산되었다. 클러스터에 대해서는 MP2/cc-pVTZ 수준까지 분자 구조를 최적화하고 열역학적으로 가장 안정한 분자구조를 예측하였다. 클러스터의 결합에너지는 CCSD(T)//MP2 수준에서 영점 진동에너지(ZPVE)와 바탕집합 중첩에러(BSSE)를 모두 보정한 후 n=1일 때 -6.39 kcal/mol 계산 되었으며 이 같은 결과는 $H_2O$와 $H_2O_2$의 물 클러스터 보다 더 좋은 수소 주게 즉 산(acid)으로서 작용할 것으로 기대된다. 물 분자 1개 당 평균 결합에너지는 n=2의 경우 8.25 kcal/mol, n=3일 때 7.22 kcal/mol, n=4의 경우 8.50 kcal/mol 그리고 n=5의 경우 8.16 kcal/mol로 계산되었다. The density functional theory(DFT) and ab initio calculations have been applied to investigate hydrogen interaction of $H_2O_3(H_2O)_n$ clusters(n=1-5). The structures, IR spectra, and H-bonding energies are calculated at various levels of theory. The $trans-H_2O_3$ monomer is predicted to be thermodynamically more stable than cis form at the CCSD(T)/cc-pVTZ level of theory. For clusters, the geometries are optimized at the MP2/cc-pVTZ level of theory. The binding energy of $H_2O_3-H_2O$ cluster is predicted to be -6.39 kcal/mol at the CCSD(T)//MP2/cc-pVTZ level of theory after zero-point vibrational energy (ZPVE) and basis set superposition error (BSSE) correction. This result implies that $H_2O_3$ is a stronger proton donor(acid) than either $H_2O$ or $H_2O_2$. The average binding energies per $H_2O$ are predicted to be 8.25 kcal/mol for n=2, 7.22 kcal/mol for n=3, 8.50 kcal/mol for n=4, and 8.16 kcal/mol for n=5.

H2O3과 물(H2O) 클러스터들의 분자구조와 열역학적 안정성에 대한 이론적 연구

서현일,김종민,송희성,김승준 대한화학회 2017 대한화학회지 Vol.61 No.6

The density functional theory(DFT) and ab initio calculations have been applied to investigate hydrogen interaction of H2O3(H2O)n clusters(n=1-5). The structures, IR spectra, and H-bonding energies are calculated at various levels of theory. The trans-H2O3 monomer is predicted to be thermodynamically more stable than cis form at the CCSD(T)/cc-pVTZ level of theory. For clusters, the geometries are optimized at the MP2/cc-pVTZ level of theory. The binding energy of H2O3-H2O cluster is predicted to be -6.39 kcal/mol at the CCSD(T)//MP2/cc-pVTZ level of theory after zero-point vibrational energy (ZPVE) and basis set superposition error (BSSE) correction. This result implies that H2O3 is a stronger proton donor(acid) than either H2O or H2O2. The average binding energies per H2O are predicted to be 8.25 kcal/mol for n=2, 7.22 kcal/mol for n=3, 8.50 kcal/mol for n=4, and 8.16 kcal/mol for n=5. H2O3(H2O)n (n=1-5) 클러스터들에 대해서 밀도 범함수 이론(DFT)과 순 이론(ab initio) 방법을 cc-pVD(T)Z 바탕집합(basis set)과 함께 사용하여 가능한 여러 구조를 최적화하고 결합에너지와 조화진동수를 계산하였다. H2O3 단량체의 경우 CCSD(T)/ccpVTZ 이론 수준에서 트랜스(trans) 구조가 시스(cis) 구조보다 더 안정한 것으로 계산되었다. 클러스터에 대해서는 MP2/cc-pVTZ 수준까지 분자 구조를 최적화하고 열역학적으로 가장 안정한 분자구조를 예측하였다. 클러스터의 결합에너지는 CCSD(T)//MP2 수준에서 영점 진동에너지(ZPVE)와 바탕집합 중첩에러(BSSE)를 모두 보정한 후 n=1일 때 −6.39 kcal/mol 계산 되었으며 이 같은 결 과는 H2O와 H2O2의 물 클러스터 보다 더 좋은 수소 주게 즉 산(acid)으로서 작용할 것으로 기대된다. 물 분자 1개 당 평균 결합 에너지는 n=2의 경우 8.25 kcal/mol, n=3일 때 7.22 kcal/mol, n=4의 경우 8.50 kcal/mol 그리고 n=5의 경우 8.16 kcal/mol로 계산되 었다.

혐기성 수소발효를 결합한 생물학적 2단공정의 유기성폐자원 처리 및 바이오에너지 생산

이채영,유규선,한선기 한국수소및신에너지학회 2015 한국수소 및 신에너지학회논문집 Vol.26 No.3

This study was performed to investigate the application of dark H2 fermentation to two-stage bioprocesses for organic waste treatment and energy production. We reviewed information about the two-stage bioprocesses combining dark H2 fermentation with CH4 fermentation, photo H2 fermentation, microbial fuel cells (MFCs), or microbial electrolysis cells (MECs) by using academic information databases and university libraries. Dark fermentative bacteria use organic waste as the sole source of electrons and energy, converting it into H2. The reactions related to dark H2 fermentation are rapid and do not require sunlight, making them useful for treating organic waste. However, the degradation is not complete and organic acids remain. Thus, dark H2 fermentation should be combined with a post-treatment process, such as CH4 fermentation, photo H2 fermentation, MFCs, or MECs. So far, dark H2 fermentation followed by CH4 fermentation is a promising two-stage bioprocess among them. However, if the problems of manufacturing expenses, operational cost, scale-up, and practical applications will be solved, the two-stage bioprocesses combining dark H2 fermentation with photo H2 fermentation, MFCs, or MECs have also infinite potential in organic waste treatment and energy production. This paper demonstrated the feasibility of two-stage bioprocesses combining dark H2 fermentation as a novel system for organic waste treatment and energy production.