지구온난화의 주범인 이산화탄소의 포집저장기술(CCS) 중 포집기술에 집중하여 기술하였다. 이산화탄소 포집기술은 연소 후 포집, 연소 전 포집, 순산소 연소 포집기술로 분류되는데, 그 중에서도 연소 후 포집기술은 기존발생원에 적용하기 가장 용이한 기술로 판단되고 있다. 따라서 이 글에서는 연소 후 포집기술에 적용되는 다양한 기술 중 건식 고체 흡착제의 종류 및 건식 고체 흡착제를 이용한 연소 후 이산화탄소 포집기술 개발의 현황에 대하여 기술하였다.
본 연구는 농작업자의 호흡노출 측정에 사용되어오던 고체흡착제 외에 최근에 사용되는 유리섬유여과지가 장착된 IOM 채집기에 대해서, 고체 제제인 kresoxim-methyl 입상수화제와 액상 제제인 fenthion 유제를 이용하여 포집효율과 파과율을 측정하여 효율성을 검증하고자 하였다. LC-MS/MS 기기상 최소검출량은 12.5 pg, 분석법상 검출한계는 5.0 ng/mL이었고, 각 노출 시료의 matrix matched standard의 직선성은 $R^2$ 값이 0.999 이상이었다. 사용된 유리섬유여과지와 고체흡착제에서의 두 가지 농약의 회수율은 유리섬유여과지는 kresoxim-methyl 102-109%, fenthion 97-104%, XAD-2 resin 고체흡착제는 각각 94-98%, 93-100%이었다. 포집효율은 IOM 채집기(유리섬유여과지 장착)와 고체흡착제(XAD-2 resin)를 연결한 후 개인용 공기펌프에 연결하여 측정하였다. 고체 및 액상 2가지 제제를 표준배율로 희석하여 IOM 채집기에 분무하여 포집효율을 본 결과 두 제제 모두 유리섬유여과지에 포집되었고 고체흡착제로 통과되지 않았다. 파과시험은 IOM 채집기의 유리섬유여과지에 농약 표준 용액을 가하고 고체흡착제를 연결한 후 개인용 공기펌프에 연결하여 측정하였다. 파과시험 결과, kresoxim-methyl은 87-101%, fenthion은 96-105%가 첫번째 유리섬유여과지에 흡착/보유되어 있었고 두 번째 유리섬유여과지나 고체흡착제로 파과되지 않았다. 따라서 유리섬유여과지가 장착된 IOM 채집기는 고체 제제나 액상 제제나 상관없이 포집효율과 흡착/보유 능력이 뛰어난 것으로 검증되어 농약 호흡노출 연구에 적극 활용될 것으로 판단한다.
휘발성 유기화합물(Volatile Oraganic Compounds: VOCs)은 오존 등의 광화학 스모그 생성의 원인물질일 뿐만 아니라 발암성의 유해물질, 지구온난화, 대기중의 악취물질 등으로 환경 및 건강에 악영향을 초래한다. 최근 들어 VOCs에 대한 대기중 배출규제가 강화됨에 따라 이를 효과적으로 제거 또는 회수하는 연구가 매우 중요시되고 있으며, 활성탄을 이용한 흡착은 이러한 기체상의 VOCs 분자를 고체 흡착제에 약한 분자력의 인력에 의해 접촉시켜 분리하는 공정으로 회수율 및 에너지 절약의 관점에서 효과적인 방법으로 알려져 있다. (중략)
포장에서 농약 살포액의 조제, 살포 등의 작업을 수행하는 농작업자는 피부노출, 호흡노출경로를 통해 농약에 노출되며, 이러한 상황에서의 농약 노출에 대한 합리적인 위해성 평가를 위해서는 해당 영농상황에서 노출량을 정량적으로 측정해야 한다. 농약 노출 측정방법으로 patch, 장갑, 양말, 마스크를 이용하는 방법과 호흡 노출은 주로 고체흡착제와 공기흡입펌프가 연결된 personal air monitor를 사용하는 것이 좋을 것으로 판단된다. 이 농작업자의 정량적 피부 노출 측정법으로 유효할 것으로 판단된다. 노출 재료에 침착/부착된 농약량이나 고체흡착제에 포집된 농약량을 신체 전체에 대한 농약 노출량으로 외삽하기 위한 EPA 자료를 대체할 수 있도록 한국 사람의 표준 신체표면적 및 호흡률을 제안하였다. 중요한 노출 인자인 피부노출의 의복 침투율과 피부 침투율, 그리고 호흡노출의 침투율을 UK-POEM과 관련된 연구결과를 참고하여 다양하게 제안하였다. 노출 평가를 위한 살포 시간은 노출 측정 재료에 침착된 농약이 분석이 될 만큼 충분한 농약이 포집될 수 있도록 살포시간이 충분해야 하는데, 국내의 SS기나 동력분무기의 경우는 1반복 당 모두 약 20~40분에 살포(약 0.1~0.2 ha)로 해서 3반복 측정 결과를 4시간으로 환산할 것을 제안하였다.
택서스속 식물세포인 Taxus chinensis 배양에서 식물세포, 세포조각 및 여액에 있는paclitaxel 의 분포는 paclitaxel 생 산량에 의존하였다. 즉, 여액에 녹을 수 있는 paclitaxel에 힌계가 있기 때문에 발효조에서의 생산량이 적을 경우 여 액 에 녹아 있는 paclitaxel양은 상대 적 으로 증가하여 수율 증가 측면에서 이를 반드시 회수하여야 한다. 여러가지 종 류의 흡착제 중에서 HP20 (stylene, high porous polymer)의 경우 흡착 및 탈착 효율이 좋고 가격도 저렴하여 가장 경 제적인 흡착제 임을 알 수 있었다. 식물세포와 세포조각이 포함되어 있는 배양액의 경우 흡착효율이 상당히 떨어져 10 g/l흡착제로 3일 동안 반응시켜도 여액내 paclitaxel은 여 전히 잔존함을 알 수 있었다 데칸터 여 액, 식불세포만 제 거된 배양액의 경우에는 흡착효율이 향상되어 5 g/l흡착제 처리로 1일 정도면 배양액내 paclitaxel이 완전히 흡착됨을 말 수 있었다. 또한 고속원심분리기 여액, 식물세포와 세 포조각이 제거된 여액의 경우 3 g/l흡착제 처리로 1일 정 도면 여 액내 paclitaxel이 완전히 흡착되 어 여 액내 paclitaxel 을 완전히 회수할 수 있었다. 이상의 결과로부터 여액에 녹아 있는 paclitaxel 회수를 위하여 식물세포와 세포조각을 미리 제거한 여액, 즉 고체 함량을 줄인 여액이 더욱 효과 적임을 알 수 있었다.
본 고에서는 지금까지 연구 개발 된 제반 태양열 냉방시스템의 개요 및 원리와 기술현황에 대하여 소개하였다. 소개된 기술은 $LiBr-H_2O,\;H_2O-NH_3,\;CaCl_2-NH_3$을 이용한 태양열 흡수식 냉방시스템; 활성탄, 실리탄, 실리카겔 등을 이용하는 제습냉방(desiccant cooling)시스템; Ranking engine을 이용하는 증기압축식 냉방시스템; $Zeolite-H_2O$, 실리카겔-$H_2O$, 실리카겔-메탄을 활성탄-메탄을 등 "고체흡착제-냉매"를 이용한 태양열 흡착식 냉동시스템 등이다. 이들 기술들을 실용화 단계에 있거나 실용화 단계에는 못 미치나 상당한 기술개발이 되어있는 분야이다. 또한 각 시스템별 비교분석이 가능하도록 대략적인 효율과 장단점이 소개되었다.
농약을 살포하는 농작업자의 농약 노출 측정은 농약의 건강 위해성 평가에서 중요한 부분을 차지하기 때문에 정량적이고 신뢰성 있는 노출량의 측정을 위해서 노출 측정에 사용되는 재료와 기기/기구 및 방법은 포장 노출 시험 전에 미리 검증해야 한다. 본 연구는 유기인계 농약 중에서 살충제 fenthion을 대상으로 농작업자의 노출량 측정을 위한 분석/시험방법의 검증을 수행하였다. LOD는 0.01 ng, LOQ는 0.05 ng로 설정하였고, 표준 검량선의 직선성($R^2$ > 0.999)과 분석재현성(C.V. < 3%)은 매우 우수하였다. 또한 3수준(LOQ, 10LOQ, 100LOQ)으로 수행한 노출 시료(장갑, 양말, 마스크, 패치, 고체흡착제, 유리섬유필터) 중 fenthion의 회수율은 76~113%(C.V. < 3%)이었고, 호흡 노출 실험의 검증 중에서 포집효율은 95~105%이었다. 파과실험 결과 fenthion은 1차 고체흡착제 부분에만 존재하였다. 이와 같은 분석/실험법의 검증을 통하여 실제 포장 실험에서 유래한 노출 시료들을 신뢰성 있게 분석할 수 있는 방법을 확인/검증/확립하였다. 이러한 분석/시험법 검증은 실험실 수준에서 수행할 수 있고, 농약의 종류에 따라서도 크게 다르지 않기 때문에 신체 부위별 평균 체표면적이나, 평균 호흡량과의 조합을 통해서 농약 노출 연구에 적극적으로 활용될 것으로 판단한다.
가압유동층 화력발전소 운전시, 석탄 및 황산화물 흡착제 내에 존재하는 알칼리금속 성분들은 유동층 연소기 출구에서 입자나 증기 형태로 배출된다 이러한 알칼리 성분은 분진제거장치에 의해 제거될 수 있으나, 대부분의 분진 제거장치는 고온, 고압을 유지하지 못하므로 전체 발전효율이 떨어지게 된다. 또한 증기상으로 존재하는 알칼리금속 성분은 터빈날개 부식의 시발점이 되며, 그 배출정도는 석탄 및 흡착제에 포함된 광물의 특성과 조성 및 가압유동층 운전조건에 따라 달라지며 그 농도는 수십 ppm 정도인 것으로 알려져 있다. 반면 가스터빈에 유입되는 연소가스중의 알칼리금속 농도 허용치는 오일 및 석탄 연소의 경우에 50 ppb 이하로 설정되어 있다. 그러므로, 석탄의 유동층연소 및 가스화 과정에서 발생되는 알칼리금속 증기는 고체상의 흡착제를 사용하여 제거하여야만 가스터빈 부식 문제를 해결하고 전체 플랜트 효율을 향상시킬 수 있다. 본 연구에서는 보크사이트, 고령토 및 석회석 흡착제들을 가압 알칼리증기 제거반응기 조건에 알맞도록 실린더 형태의 펠렛으로 성형 및 제조하여 실첨에 사용하였다. 연구결과에 의하면, 보크사이트가 가장 우수한 흡착제로 판단되며 고령토, 석회석 순서로 알칼리 흡착능을 보여 주었으며, 흡착제와 알칼리증기 흡착률은 반응온도, 펠렛의 다공도, 및 반응가스 중 알칼리 농도와 밀접한 관계를 보여 주었다.
액체 구조의 천이상태 이론을 써서 고체 표면에 기체가 흡착된 계에 대한 상태합을 유도하였다. 이 상태합을 써서 아르곤, 질소, 벤젠 등이 여러 가지 흡착제에 흡착되었을 때의 흡착등온 곡선을 계산하였으며, 이 계산 값들은 측정치와의 좋은 일치를 보여 준다. 그리고 벤젠이 흑연 표면에 흡착되었을 때의 표면압, 물엔트로피, 물에너지, 몰흡착열 들을 계산하였다. 몰엔트로피는 표면이 단분자층으로 완전히 덮였을 때 최소값을 갖는다. 아울러 흡착에 관여된 여러 가지 물리적인 성질들의 계산 방법을 설명하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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