• 한국진공학회:학술대회논문집
• /
• 한국진공학회 2015년도 제49회 하계 정기학술대회 초록집
• /
• pp.134-134
• /
• 2015

최근 액체 플라즈마에 대한 주된 이슈는 방전에 의해 발생하는 히드록실라디칼(OH-)과 버블이다. 액체 플라즈마를 이용한 다양한 응용분야에서는 히드록실라디칼에 주목하고 있다. 액체 플라즈마는 그래핀 파생물의 용액 친화도 향상을 위해 이용될 수 있다. 흑연이 포함된 과산화수소(H2O2) 용액에서 전기적인 방전으로 만들어진 히드록실라디칼로 그래핀 파생물의 용액 친화도를 향상시킨다. 이는 잠재적인 프린팅(printing) 기술 발전에 기대된다. 그리고 이 라디칼은 폐수에서 발암성의 트라이클로로아세트산(CCl3COOH)을 탈 염소하고 분해하는 역할을 하여 액체 플라즈마가 새로운 수처리 기술로 부상되고 있다. 또한 인체에서는 살균 작용을 하는 것 뿐만 아니라 단백질 고리를 끊는 역할을 하여 전립선 수술과 같은 인체수술에 적용될 수 있다. 최근 액체 플라즈마를 이용한 돼지 각막 임상수술에서 레이저와 필적할 정도로 매우 정밀하게 수술된 연구결과가 발표되어 인체 각막수술 적용에 기대된다. 이처럼 액체 플라즈마를 이용한 대부분의 응용분야에서 히드록실라디칼의 역할이 중요하다. 액체 플라즈마의 또 다른 이슈인 버블은 2가지의 역할을 한다. 첫 번째로 방전소스의 역할이다. 액체 속에 담긴 얇은 전극에 전압을 인가하면 전극 주변에서 강한 전기장의 발생으로 줄열(joule heating)에 의해 버블이 생성된다. 전극에서 버블이 생성되었을 때, 서로 다른 유전율을 가진 두 물질로 나누어진다. (버블 안은 공기로 상대 유전율 ${\varepsilon}r{\fallingdotseq}=1$, 용액은 ${\varepsilon}r{\fallingdotseq}=80$이다.) 시스템에 인가된 전압이 항복 전압(breakdown voltage)을 넘어서면 유전율이 상대적으로 낮은 버블내부에 강한 전기장이 걸리게 되어 방전이 일어난다. 만약 버블이 존재하지 않는다면 방전을 위해서 매우 높은 전압이 필요하다. 따라서 버블은 플라즈마 방전의 소스역할을 한다. 두번째로 버블은 전극의 부식을 방지하는 역할을 한다. 전극 부식은 주로 전기분해로 인한 산화반응에 의해 발생하는데 버블을 전극에 오래 머무르게 하면 부식을 방지할 수 있다. 이처럼 액체 플라즈마 시스템에서 버블의 역할들은 상당히 중요하다. 일반적으로 버블은 시스템에 인가하는 전원, 전극 극성 그리고 전압크기에 따라 거동이 달라진다. 시스템에 AC파워를 인가하면 버블은 주파수가 높을수록 전극에서 떨어지는 속도가 빨라지는 특성을 보인다. 핀 전극 극성이 음극일 때는 양극일 때보다 버블이 더 잘 생성된다. 또한 인가전압크기에 따라 거동이 달라지며 시스템에 같은 전압을 인가하여도 크기가 항상 같지 않고, 거동도 일관성을 보이지 않은 랜덤적인 모습을 보인다. 본 연구에서는 이 랜덤적인 버블의 거동을 정리하고 응용분야에서 중요하게 여기는 히드록실라디칼 생성에 대해 공부하기 위해 염류 용액(saline solution)에 핀(pin)-면(plane) 전극 구조를 설치하여 10Hz 주파수(1% duty cycle)를 가진 0-600V 구형펄스로 실험하였다. 실험을 통한 결과로서 랜덤적인 버블의 거동을 전극에서 버블이 떨어지는 속도와 플라즈마 특성에 따라 슈팅모드(shooting mode)와 유지모드(keeping mode) 2가지 모드로 분류하였다. 슈팅모드에서는 버블이 핀 전극에서 성장하지 못하고 빠른 속도로 떨어지는 모드로 플라즈마 방전이 잘 이루어지지 않는다. 반면 유지모드에서는 버블이 핀 전극에서 떨어지지 않고 지속적으로 성장한다. 이 모드에서는 펄스 시간 동안 하나의 버블로 연속적인 방전이 가능하다. 방전이 일어날 때 발생하는 히드록실라디칼의 생성은 버블 내부의 쉬스와 관련이 있다. 이 라디칼을 만들기 위해서는 높은 에너지가 요구되기 때문에 버블 내부의 쉬스(sheath)에서 만들어진다. 펄스 동안 쉬스는 주로 핀 전극 주변에서 유지되며 히드록실라디칼은 이곳에서 주로 만들어진다. 따라서 버블과 함께 쉬스도 성장하는 버블유지모드에서 슈팅모드보다 히드록실라디칼이 더 많이 생성된다.

• 해양환경안전학회지
• /
• 제18권2호
• /
• pp.139-144
• /
• 2012

매연 생성에 대하여 톨루엔의 영향을 알아보기 위하여 순수에틸렌 대향류 확산화염에 톨루엔을 소량 혼합하여 수치해석을 수행하였다. 톨루엔($C_7H_8$)의 혼합 비율은 3%, 5%, 10%, 및 20%로 하였다. 계산에는 CHEMKIN III 기반의 Senkin 코드와 oppdif 코드를 이용하여 0-D 계산과 1-D 계산을 수행하였다. 0-D의 Senkin 계산에서는 톨루엔의 혼합율이 증가할수록 메틸라디칼의 농도는 증가하고 이에 따른 벤젠의 농도도 증가하였다. 이는 순수 에틸렌 화염에 톨루엔을 혼합할 경우 더 많은 매연이 생성될 것이라는 걸 의미한다. oppdif 코드에 의한 1-D 계산에서는 10% 톨루엔 반응식으로부터는 H 라디칼의 생성율이 결정적인 역할을 한다는 것을 알 수 있었다. 위 결과들로부터 확산화염 내 매연 생성에 있어 메틸라디칼, 벤젠과 H 라디칼이 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있었다.

• 분석과학
• /
• 제13권5호
• /
• pp.652-658
• /
• 2000

오존 분자와의 직접반응경로 및 OH라디칼을 통한 간접반응경로를 통한 부식산의 분해특성을 TOC, $UV_{254}$ 그리고 오존 소모량의 변화를 통해 살펴보았다. 부식산의 분해를 위한 반응시스템은 오존 단독 처리 외에 OH라디칼의 생성조건을 조사하기위해 pH를 5에서 염기성 영역인 9까지 변화시켰으며, OH라디칼 생성 촉진제인 $H_2O_2$를 5-15 mg/L의 농도로, 그리고 OH라디칼 소거제로서 작용하는 $HCO_3{^-}$는 20-100 mg/L로 변화시키면서 처리하였다. 각 반응 조건에 따른 부식만의 분해특성을 살펴본 결과, TOC 제거율은 주로 0H라디칼에 의한 간접반응의 영향을 받았으며, $UV_{254}$ 감소율은 주로 오존분자와의 직접반응에 의해 효율이 결정되는 반응 경로를 거치는 것으로 나타났다. 또한 오존소모량은 주로 용액의 pH, alkalinity 변화에 따른 영향을 많이 받았다.

• 공업화학
• /
• 제28권6호
• /
• pp.619-625
• /
• 2017

본 연구에서는 하이드로퍼옥시 라디칼 생성단계에서 반응 부산물로 생성되는 과산화수소를 정량하여 수산화라디칼의 생성 및 비스페놀 A (BPA)의 분해특성을 조사하였다. 라디칼 연쇄반응이 일어나지 않는 조건에서는 Criegee mechanism과 동일하게 오존에 의한 직접산화반응만이 BPA를 분해시키는 것으로 나타났다. 라디칼 연쇄반응이 일어나는 pH 6.5 및 9.5의 조건에서는 비선택적 산화반응이 일어나 수산화라디칼의 생성을 간접적으로 확인할 수 있었다. 투입된 촉매에 의한 BPA의 분해효율은 $O_3$/PAC ${\geq}$ $O_3/H_2O_2$ > $O_3$/high pH > $O_3$ alone 공정 순으로 나타났다. 오존/촉매공정들의 산화반응 동안에는 0.03~0.08 mM의 과산화수소가 지속적으로 측정되었다. $O_3$/high pH 공정의 경우, BPA가 반응시작 50 min 만에 완전히 분해되었지만, TOC (총유기탄소) 제거율은 29%로 산화반응 중 생성된 중간물질을 충분히 산화시키지 못하는 것으로 나타났다(선택적 산화반응). $O_3/H_2O_2$ 및 $O_3$/PAC 공정에서는 BPA가 반응시작 40 min 만에 완전히 분해되었으며, TOC 제거율은 각각 57% 및 66% 정도로 반응 중간체들을 산화(비선택적 산화반응)시키는 것으로 나타났다.

• 분석과학
• /
• 제13권5호
• /
• pp.659-665
• /
• 2000

Ozone/high pH, Ozone/$H_2O_2$ 공정 및 OH라디칼 scavenging 조건인 알칼리도가 존재하는 공정에서의 오존처러 후 생성되는 과산화수소의 농도와 $UV_{254}$ 감소율의 변화를 통하여 유기물의 분해 특성을 조사하였다. 부식산의 농도, 초기 pH 및 과산화수소와 알칼리도의 농도 등을 변화시키면서 생성되는 과산화수소의 농도와 $UV_{254}$ 감소율을 측정하였다. 그 결과, 수중 부식산의 오존처리시 부식산과 오존과의 반응에 의한 과산화수소의 생성과 부식산의 분해에 따른 $UV_{254}$의 감소는 서로 다를 반응경로를 거치는 것을 확인 하였다. 생성되는 과산화수소의 농도는 용존 오존분자의 안정성이 높은 산성조건에서 높게 나타났다. 반면, $UV_{254}$의 감소율은 강알칼리성 용액이나 $H_2O_2$가 투여된 경우, 즉 ${\cdot}OH$, ${\cdot}HO_2$와 같은 라디칼이 많이 형성되는 조건에서 높았다. 이러한 결과는 부식산의 오존처리 과정에서 생성되는 과산화수소의 농도가 용존 오존분자의 직접반응에 주로 의존하는 반면, $UV_{254}$의 감소율은 오존분자의 직접반응과 더불어 라디칼과의 간접반응에 영향을 받음을 나타낸다.

• 한국응용과학기술학회지
• /
• 제37권6호
• /
• pp.1583-1590
• /
• 2020

본 연구는 Cinnamomum loureiroi 추출물(CLE)의 항산화 활성을 확인하기 위해 수행되었다. 실험 전에 세포독성을 확인하였으며, 본 연구수행에서 사용할 농도의 안전성을 확보하였다. 추출물의 폴리페놀과 플라보노이드 함량을 측정하고 ABTS 라디칼과 DPPH 라디칼 소거능을 측정하였으며, LPS에 유도된 Raw 264.7 세포에서 ROS의 생성 감소를 확인하였다. 연구 결과 총 폴리페놀의 함량은 397.7±8.3 mg/g, 총 플라보노이드 함량은 101.9±0.8 mg/g으로 BHA 검량선 기준으로 선행연구들과 비교한 결과 함량비가 높은 것으로 나타났다. ABTS 라디칼과 DPPH 라디칼 소거율은 농도 의존적으로 증가하는 것으로 나타나 농도에 따라 항산화 활성이 높아지는 것으로 확인되었다. ROS 생성은 농도 의존적으로 유의한 감소를 나타내어 라디칼 소거능과 부합되는 결과를 나타냈다. 결과적으로 CLE의 항산화 활성이 확인되었으며, 향 후 천연원료로서 기능성화장품 또는 심화 연구를 통한 천연화장품의 응용할 가능성이 있는 것으로 사료된다.

• 공업화학
• /
• 제18권2호
• /
• pp.136-141
• /
• 2007

본 연구에서는 열플라즈마를 이용하여 클로로메탄 즉 사염화탄소($CCl_4$), 삼염화탄소($CCl_3H$), 이염화탄소($CCl_2H_2$)를 분해하는 실험을 수행하였으며 열플라즈마분해공정의 특성에 대한 연구를 진행하였다. Factsage program을 이용하여 열역학적 평형조성을 알아보았으며, 또한 Gas chromatography를 이용하여 농도, 캐리어 가스의 유량 및 quenching 속도등 세가지 변수의 변화에 따른 분해율을 살펴보았다. 실험 결과 92%이상의 높은 분해율을 얻었다. FT-IR을 이용하여 최종 생성물을 확인한 결과 중성 분위기에서는 주로 카본, 염소, 염화수소가 생성되었고 산화 분위기에서는 카본의 생성이 억제되었으며 주로 이산화탄소, 염화수소, 염소가 생성되었다. FT-IR생성물에 대한 분석과 Factsage program에 의한 온도 분포 별 생성된 라디칼 및 기타 입자의 종류와 결부하여 이에 따른 분해 메커니즘에 대해 알아보았다. 분해 경로는 주로 라디칼에 의한 산화반응과 전자 부착에 의한 분해 반응으로 이루어짐을 확인하였다.

• 해양환경안전학회지
• /
• 제18권1호
• /
• pp.55-60
• /
• 2012

매연과 다중고리 방향족 탄화수소의 생성에 대하여 n-헵탄의 혼합의 영향을 알아보기 위하여 순수에틸렌 대향류 확산화염에 n-헵탄을 소량 혼합하여 실험을 수행하였다. 매연체적분율과 PAH의 생성 계측에서는 레이저 유도 형광법 (laser-induced fluorescence; LIF)과 레이저 유도 백열법(laser-induced incandescence; LII)의 레이저 계측법을 이용하였다. 실험결과로 순수 에틸렌 화염에 소량의 n-헵탄을 혼합한 경우에는 매연과 다중고리 방향족 탄화수소가 상승하였다. 그러나 20% n-헵탄 혼합화염의 경우 LIF 신호가 감소하였다. 소량의 혼합화염의 경우, 다중고리 방향족 탄화수소와 매연의 상승은 n-헵탄 혼합에 의해 저온 영역에서의 메틸 라디칼의 증가로 의한다고 사료된다. 10% n-헵탄 혼합화염에 대한 화학반응 프로세스를 살펴본 결과 H 라디칼에 의한 반응율이 벤젠 생성에 결정적인 역할을 한다는 것을 알 수 있었다.

• 한국환경과학회:학술대회논문집
• /
• 한국환경과학회 2006년도 학술발표회 발표논문집
• /
• pp.365-369
• /
• 2006

[ $O_3$ ]/catalyst를 이용한 고급산화공정에서 pH변화에 따른 1,4-dioxane의 화학적 분해 특성을 알아보기 위해 이 실험을 수행하였다. 초기 pH를 6, 8, 10으로 조절하여 변화를 보면 오존의 pH 완충효과에 의해 시간이 지남에 따라 알칼리와 산의 경우 중성 쪽으로 중화되는 것을 확인하였다. 그리고 시간에 따른 1,4-dioxane의 제거율은 pH 10 > pH 8 > pH 6 의 순서로 나타는 것을 보였다. 이는 오존이 산성에서는 안정하지만 알칼리성에서는 불안정함으로 인해 자기분해를 일으켜 OH라디칼의 생성을 촉진시켜 제거율이 높게 나타났다. 초기 pH를 조절한 실험, 초기 pH를 일정하게 유지한 실험에서의 50분 후의 최종 제거율은 비슷하였지만, 초기 pH를 일정하게 유지한 실험에서 제거율이 꾸준히 감소하는 것을 알 수 있었다.

• 한국식품저장유통학회지
• /
• 제9권2호
• /
• pp.253-259
• /
• 2002

민들레 잎과 뿌리로부터 물추출물을 제조하여 항산화 활성 및 라디칼 소거활성을 분석하기 위하여 linoleic acid에 대한 과산화물 생성저해율, DPPH radical에 대한 소거활성, chemiluminescence를 이용한 hydroxyl radical에 대한 소거활성, EPR을 이용한 superoxide anion radical에 대한 소거활성및 hydrogen peroxide에 대한 소거활성을 측정하였다. 그 결과, 민들레 잎의 물추출물이 뿌리의 물추출물 보다 지방산에 대한 과산화물 생성 저해율이 높았고, DPPH radical, hydroxyl radical, superoxide anion radical 및 hydrogen peroxide에 대한 소거활성 역시 매우 높은 것으로 나타났다.