본 총설은 전극표면과 수용액 사이의 계면에서의 산화 및 환원반응을 이용하여 수용액 내 존재하는 유해한 유기화합물, 중금속 이온 등을 처리 가능한 최근의 전기화학기술에 대해서 정리 요약한 것이다. 수처리에 사용 가능한 전기화학기술은 일반적으로 고온, 고압을 요구하지 않으므로 비용면과 안정성면에서 장점을 지니고 있으며, 또한 높은 시스템 효율로서 다양한 성분을 포함한 폐수를 동시에 처리 가능하다는 것을 소개하고자 한다. 무엇보다 중요한 것은 전극소재의 선택과 사용이다.
스멕타이트-일라이트 (SI)의 전이 반응은 쇄설성 퇴적암 지역에 흔히 볼 수 있는 광물 반응이다. 지난 40여년 동안 SI 전이 반응의 중요성에 대한 논문들이 많이 출간되었는데 이는 스멕타이트가 일라이트로 변하는 정도 즉 "illitization" 이 석유의 개발, 퇴적물의 화학적 변화 및 물리적 성질변화 에 많은 연계성이 있기 때문이다. 기존의 S-I 상전이에 대한 메커니즘 연구에서는 layer-by-layer reaction 에 의한 solid state 반응 혹은 dissolution/precipitation 반응으로 집약되지만 박테리아 반응의 역할을 전혀 고려하지 않았다. 무산소 환경에서 박테리아와 점토광물의 반응에 대한 연구, 특히 스멕타이트와 철 환원 박테리아의 반응 작용에 대한 연구에서는 철 환원 박테리아가 스멕타이트 구조 속에 있는 철을 환원시켜 에너지를 얻는다고 밝혀졌다. 최근 발표된 논문들은 미생물의 철 환원 작용에 의하여 S-I 상전이가 일어날 수 있다고 보고되었는데, 이는 기존의 상전이에 대한 개념에 즉 고온, 고압, 오랜 시간이 S-I 전이의 필수 조건이라는 일반적인 해석에 반하는 것으로 새로운 연구 분야의 가능성을 시사하고 있다. 현재까지 발표된 논문에 의하면 박테리아가 S-I 반응을 촉진지킴으로 고온, 고압, 혹은 상당시간의 속성작용이 전제조건으로 작용하지 않을 수 있다는 가능성을 시사한다. 하지만 박테리아가 철을 환원함과 동시에 스멕타이트를 일라이트로 전이시킴에 있어서의 메커니즘에 대한 이해는 아직 미비하다. 따라서 이 논문에서는 현재까지 밝혀진 SI 반응을 살펴보고, 미생물 광물간의 반응작용에 있어서 연구 방법을 소개함을 목적으로 한다.
Acetonitrile 용매내에서 isoquinoline과 치한된 benzylbromide의 반응을 압력변화(1~1000bar)에 따라 반응속도론적으로 연구하였다. 속도상수로부터 활성화파라미터들을 TEX>$\(DeltaV^{\neq}, \Delta\beta^{\neq}, \DeltaH^{\neq}, \DeltaS^{\neq}, \DeltaG^{\neq},Ea)$구하였다. 온도가 증가함에 따라 속도상수는 증가 하고, TEX>$\DeltaV^{\neq}, \Delta\beta^{\neq},및 \DeltaS^{\neq}$는 모두 음의 값으로 나타내었다. 치환기효과와 실험 결과로 부터 반응메카니즘을 고찰한 결과 전체적인 반응은 $S_{N}2$반응 메카니즘으로 진행되나, 치환체와 압력변화에 따라 전이상태 구조에 약간의 변화가 있었다.
3-피콜린과 파라치환 브롬화벤질류의 반응을 온도와 압력 및 치환기 변화에 따라 속도론적으로 연구하였다. 속도상수로부터 활성화 파라미터들과 Hammett .rho.값을 계산하였다.결과적으로 반응중심에는 양의 전하가 진전되고 결합형성 보다는 결합파괴가 촉진됨을 알 수 있었다. 압력증가에 따라 반응 속도와 전하이동능력은 증가하고, 낮은 온도에서의 전하이동에 대한 압력효과가 더욱 크게 작용하고 있음을 알 수 있다.
2-phenethyl p-bromobenzenesulfonate와 치환피리딘과의 반응속도를 아세토니트릴 용매 중에서 $1{\sim}2,000bars$ 및 $45{\sim}55${\circ}C$에서 전기전도도법으로 측정하였다. 반응속도는 온도와 압력이 증가함에 따라서 증가하였으며 또한 피리딘에 전자주게 치환기가 도입됨에 따라 반응속도가 증가하였다. 압력이 증가함에 따라 Hammett $I{\rho}I$값과 Bronsted ${\beta}$값이 증가하였으며 등온속도는 점차 감소하였다. 이러한 결과들은 본 반응이 압력의 증가에 따라 SN2성이 증가함을 나타내었다.
메시틸렌과 요오드 사이의 전하이동착물의 안정도에 미치는 압력과 온도의 영향을 n-헥산용액에서 자외선 분광광도법으로 연구하였다. 압력은 1에서 1600 bar, 온도는 25,40,$60^{\circ}C$ 사이에서 측정하였다. 착물의 평형상수는 압력 및 온도의 증가와 더불어 증가 및 감소하고 흡수계수는 대체로 증가함을 알았다. 이들 각 평형상수로부터 착물형성에 따른 부피, 엔탈피, 자유에너지 및 엔트로피 변화양을 구하였다. 또한 압력의 증가에 의한 red-shift, 온도의 증가에 의한 blue-shift 현상 및 압력변화에 의한 진동자 세기의 관계를 열역학적 함수와 관계지워 설명하였다.
헥사메틸벤젠과 1,3,5-트리니트로벤젠과의 사이에 전하이동착물의 안정도에 미치는 압력과 온도의 영향을 사염화탄소용액내에서 분광광도법으로 연구하였다. 압력은 1, 200, 500, 1000, 1400 bar. 온도는 25, 40, $50^{\circ}C$사이에서 측정하였다. 착물의 평형상수는 압력 및 온도 증가와 더불어 증가 또는 감소하고 흡수계수는 대체로 증가함을 알았다. 이들 각 평형상수로부터 착물형성에 따른 부피, 엔탈피, 자유에너지 및 엔트로피 변화량을 구하였다. 도한 압력 증가에 의한 red-shift, 온도 증가에 의한 blue-shift 현상 및 압력 변화에 의한 진동자세기의 관계를 열역학함수와 관계지어 설명하였다.
장기 체공 무인 항공기를 위한 연료 전지 동력 시스템을 개발하였다. 기존의 고압 수소 저장 방식의 문제점을 해결하기 위해 높은 에너지 밀도를 갖는 액상의 화학 수소화물을 연료로 사용하였다. 수소화물을 전환하여 수소를 발생하는 연료 공급 장치는 촉매 반응기, 펌프, 연료 카트리지, 분리기, 제어기로 구성되어 있으며, 전력을 발생하기 위한 연료전지 스택과 함께 연료 전지 동력 시스템을 무인 항공기에 탑재하였다. 연료 전지 동력 시스템을 무인 항공기에 적용하기 위한 성능 검증을 수행하였다.
선택적 환원시약인 사카르보닐 철산염(O)을 상압의 일산화탄소하 실온 및 60${\circ}C$에서 2,5헥산디온과 각종 일차아민과 반응시켜 대응하는 N-치환 2,5-디메틸 피로리딘 유도체를 좋은 수득율로 얻을 수 있었다. 또한 미리 합성된 5-nitro-2-hexanone과 벤즈알데히드는 사카르보닐 철산염의 존재하, 상압의 일산화탄소, 150${\circ}C$의 고압솥반응에서 N-qoswkf-2,5-디메틸 피로디딘이 보통 수득율로 얻어졌다. 이들 반응의 메카니즘도 검토 하였다.
물-메탄올 혼합용매에서 KCl의 용매화에 미치는 압력의 효과를 알기 위하여 여러 가지 압력하에서 물-메탄올 혼합 용매의 밀도와 점성도 및 이 혼합용매하에서 KCl의 무한희석시 당량 전도도를 측정하여 r-함수를 구하였다. 25$^{\circ}C$, 1기압에서 KCl의 r-함수는 물에서는 0.613이나 메탄올의 양이 증가함에 따라 감소하다가 다시 증가하였으며 고압하에서도 대기압에서와 비슷한 변화의 경향을 보였다. 일정 압력하에서는 메탄올의 양이 증가함에 따라 r-함수가 감소하다가 다시 증가하였으나, 일정 용매조성에서 압력이 증가하면 r-함수는 감소하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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