Enzymes are important class of catalyst for biotransformation. Stability and reusability of enzymes during the catalysis process is a key issue. Activity of enzyme can be enhanced by its immobilization on a suitable substrate by creation of specific microenvironment. A variety of membranes has been used as substrate due to the biocompatibility and simpler method to tune hydrophilicity/hydrophobicity property of the membrane surface. In this review, polymer membranes including cellulose, polyacrylonitrile (PAN), polydimethylsiloxane (PDMS), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyethersulfone (PES) are introduced and discussed in detail. Biodegradation of organic contaminants by immobilized enzyme is an environmental friendly process to reduce the contamination of environment in pharmaceutical company and textile industries. The controlled hydrolysis of oil can be performed in enzyme immobilized membrane bioreactor (EMBR), resulting in reducing carbon emission and reduced environmental pollution. Bioethanol and biodiesel are considered alternative fossil fuels that can be prepared in EMBR.
Ke Shi;Keerthi Booshan Manikandan;Young-Bong Choi;Chang-Joon Kim
Korean Chemical Engineering Research
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v.62
no.3
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pp.238-245
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2024
The lactate electrode can be utilized either as an electrode for lactate sensor to monitor the patient's health status, stress level, and athlete's fatigue in real time or lactate fuel cell. In this study, we fabricated a high-performance electrode composed of lactate oxidase, catalase, and mitochondria, and investigated the surface analysis and electrochemical properties of this electrode. Carbon paper modified with single-walled carbon nanotubes (CP-SWCNT) had significantly improved electrical conductivity compared to before modification. The electrode to which lactate oxidase, catalase, and mitochondria were attached (CP-SWCNT-LOx-Cat-Mito) produced a higher current than the electrode to which lactate oxidase and catalase were attached. The amount of reduction current produced by the bilirubin oxidase (BOD)-attached electrode (CP-SWCNT-BOD) was greatly affected by the presence or absence of oxygen in the electrolyte. The fuel cell composed of CP-SWCNT-LOx-Cat-Mito (anode) and CP-SWCNT-BOD (cathode) produced maximum power (29 ㎼/cm2) at a discharge current density of 133 ㎂/cm2. From this study, we had proved that mitochondria is essential for improving lactate sensor and fuel cell performance.
The most promising application of the biofuel cells is implantable devices, so the biofuel cells should have an appropriate shape for the vascular vessel. We demonstrated the biofuel cell roll for using in tubes. MWNTs were aggregated by vacuum filtration on a nitrocellulose membrane filter, which was biocompatible and flexible. The MWNT aggregated nitrocellulose membrane used the electrodes of the biofuel cells because it was conductive as well as nanostuructured. Then, the membrane was rolled into the roll shape. The maximum power density of the biofuel cell roll was $7.9{\mu}W/cm^2$ at 153mV and 50 mM glucose. Also, the power density is expected to increase in its practical application if there is flow in the tube, which makes the transportation of fuel easy. The biofuel cell roll contacts with the wall of the tube, so flow in the tube does not disturb. Also, the biofuel cell roll has multi-layers offering more electroactive area.
Kim, Young-Ju;Shim, Doo-Bo;Song, Sun-Hwa;Kim, Seok-Hyeon;Chung, Jong-Il;Kim, Min-Chul;Chung, Jeong-Sung;Kim, Hyung-Gon;Shim, Sang-In
KOREAN JOURNAL OF CROP SCIENCE
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v.59
no.2
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pp.181-187
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2014
Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are a group of ubiquitous hazardous pollutants derived from fossil fuel, various combustion sources and pyrolysis of a wide range of plastics. Because PAHs can be uptake into crop plants, the inhibitory effects on rice and soybean plants were examined in greenhouse and growth chamber experiment. Soil-applied PAHs (phenanthrene of 0, 10, 30, 100 ppm) slightly reduced the plant height and dry weight both in transplanted rice and soybean plant. The inhibitory effect on growth was greater in soybean than rice. Plant height of soybean plants treated by 100 ppm was 58.9 cm and this value was 87.2% of untreated plant. In rice plant, the plant height was less inhibited (96.0% of untreated plant) by 100 ppm at 80 days after treatment (DAT). However, leaf chlorophyll content and chlorophyll fluorescence were less inhibited by PAHs at late growth stage (after heading) although the photosynthesis-related parameters were slightly inhibited from 20 DAT to 70 DAT. In agar medium experiment with infant seedlings, inhibition of seedling length and fresh weight by phenanthrene at 100 ppm were greater as compared to the experiment with adult plant in pot. Seedling length and fresh weight were reduced by 54.2% and 33.3% for rice and 27.9% and 13.2% for soybean, respectively. The results reflected that PAHs were more inhibitory during juvenile stage than adult stage and more inhibitory to rice plant than soybean for juvenile stage.
The internal resistance of microbial fuel cell (MFC) using stainless steel skein for oxidizing electrode was investigated and the factors affecting the voltage generation were identified. We also investigated the effect of power management system (PMS) on the usability for MFC and the removal efficiency of organic pollutants. The performance of a stack microbial fuel cell connected with (PMS) or PMS+LED was analyzed by the voltage generation and organic matter reduction. The maximum power density of the unit cells was found to be $5.82W/m^3$ at $200{\Omega}$. The maximum current density was $47.53A/m^3$ without power overshoot even under $1{\Omega}$. The ohmic resistance ($R_s$) and the charge transfer resistance ($R_{ct}$) of the oxidation electrode using stainless steel skein electrode, were $0.56{\Omega}$ and $0.02{\Omega}$, respectively. However, the sum of internal resistance for reduction electrode using graphite felts loaded Pt/C catalyst was $6.64{\Omega}$. Also, in order to understand the internal resistance, the current interruption method was used by changing the external resistance as $50{\Omega}$, $300{\Omega}$, $5k{\Omega}$. It has been shown that the ohm resistance ($R_s$) decreased with the external resistance. In the case of a series-connected microbial fuel cell, the reversal phenomenon occurred even though two cells having the similar performance. However, the output of the PMS constantly remained for 20 hours even when voltage reversal occurred. Also the removal ability of organic pollutants (SCOD) was not reduced. As a result of this study, it was found that buffering effect for a certain period of time when the voltage reversal occurred during the operation of the microbial fuel cell did not have a serious effect on the energy loss or the operation of the microbial fuel cell.
Bok, Jin Pil;Choi, Hang Seok;Choi, Yeon Seok;Park, Hoon Chae;Moon, Youn Ho
한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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2011.11a
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pp.107.2-107.2
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2011
억새는 척박한 토양 조건에서도 쉽게 자라며 관리가 용이하다는 장점이 있어 바이오에너지 작물로 주목을 받고 있다. 억새는 주로 Miscanthus sacchariflorus(물억새)와 Miscanthus sinensis(참억새) 그리고 두 억새의 잡종인 Miscanthus giganteus로 구분되며, 최근 기존의 억새보다 생체량을 크게 늘린 거대억새가 개발되기도 하였다. 본 실험에서는 우리나라 전역에서 가장 흔하게 볼 수 있는 물억새와 참억새를 유동층 반응기를 이용하여 급속열분해 하였다. 본 연구의 목적은 억새로부터 얻은 바이오원유와 나무로부터 얻은 바이오원유의 특성을 비교하고, 시료투입속도의 변화를 주어 억새로부터 얻은 바이오원유의 수율과 특성을 알아보고자 함이다. 시료의 투입속도는 200g/h, 300g/h, 500g/h, 1000g/h로 변화를 주었으며, 반응온도($500^{\circ}C$), 공탑속도(0.19m/s), 응축기온도($10^{\circ}C$)는 매 실험마다 동일하게 유지하였다. 수집한 바이오원유는 공업분석을 통해 연료로서의 가치를 알아보았다. 목재를 급속열분해 한 경우 바이오원유의 수율은 56.03wt.%로 동일한 조건에서 억새를 급속열분해 한 경우 보다 약 6wt.%가량 높았다. 바이오원유의 발열량은 큰 차이가 없었으나 수분과 점도에서 큰 차이를 보였다. 투입속도가 증가할수록 바이오원유의 수율은 증가하는 경향을 보였으며, 시간당 1000g을 투입하였을 때는 수율이 감소하였으나 수율의 변화는 크지 않았다. 투입속도가 증가하는 경우 바이오원유의 고위발열량과 점도는 감소하고 수분이 증가하는 경향을 보였다.
Woo, Kee Do;Kang, Duck Soo;Kwon, Eui Pyo;Moon, Min Seok;Shon, In Jin;Liu, Zhiguang
Korean Journal of Metals and Materials
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v.47
no.8
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pp.508-515
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2009
Ti-6Al-4V biomaterial is widely used as a bone alternative. However, Ti-6Al-4V ELI alloy suffers from numerous problems such as a high elastic modulus and high toxicity. Therefore, non-toxic biomaterials with low elastic moduli need to be developed. Ti-HA(hydroxyapatite) composites were fabricated in the present work by pulsed current activated sintering (PCAS) at $1000^{\circ}C$ under 60 MPa using mixed Ti and HA powders. The effects of HA content on the physical and mechanical properties of the sintered Ti-HA composites have been investigated. X-ray diffraction(XRD) analysis of the Ti-HA composites, including Ti-40 wt%HA in particular, revealed new phases, $Ti_{2}O$, CaO, $CaTiO_3$, and TixPy, formed by chemical reactions between Ti and HA during sintering. The hardness of the Ti-HA composites decreased with an increase in HA content. The corrosion resistance of these composites was observed to be an excellent candidate as a commercial Ti-6Al-4 V ELI alloy. A Ti-5 wt%HA composite fabricated by PCAS is recommended as a new biomaterial, because it offers good corrosion resistance, compressive strength, wear resistance, and biocompatibility, and a low Young's modulus.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.32
no.12
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pp.1094-1101
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2010
Microbial fuel cells (MFC) were enriched using sediment Nakdong river, Hoidong river and protected water area in Gijang. The microbial community of sediment and enriched MFC was analyzed by FISH (fluorescent in situ hybridization) and 16S rDNA sequencing. ${\alpha}$-Proteobacteria, Acidobacter and Cyanobactia group were dominant in sediment by FISH. The coulombs of the final 10 peak of the 3 MFC (Nakdong, Hoidong, Gijang) were 0.64 C, 0.50 C, 0.61 C, respectively. When MFCs were enriched by sediment, ${\beta}$-, ${\gamma}$-Proteobacteria, Acidobacter and Firmicutes group increased 45~90%, 50~90%, 40~80% and 45~125%, respectively. In results of 16S rDNA sequencing, Roseomonas sp., Azospillium sp., Frateuria sp., Dyella sp., Enterobacter sp. and Deinocossus were isolated from Nakdong river and Azospillium sp., Delftia sp., Ralstonia sp., Klebsiella sp. and Deinococcus sp. were isolated from protected water area in Gijang and Pseudomonas sp., Klebsiella sp., Deinococcus sp., Leifsonia sp. and Bacillus sp. were isolated from Hoidong river.
Electrochemical studies on charge transfer reactions across the interface between two immiscible electrolyte solutions (ITIES) have greatly attracted researcher's attentions due to their wide applicability in research fields such as ion sensing and biosensing, modeling of biomembranes, pharmacokinetics, phase-transfer catalysis, fuel generation and solar energy conversion. In particular, there have been extensive efforts made on developing sensing platforms for ionic species and biomolecules via gelifying one of the liquid phases to improve mechanical stability in addition to creating microscale interfaces to reduce ohmic loss. In this review, we will mainly discuss on the basic principles, applications and future aspects of various sensing platforms utilizing ion transfer reactions across the ITIES. The ITIES is classified into four types : (i) a conventional liquid/liquid interface, (ii) a micropipette supported liquid/liquid interface, (iii) a single microhole or an array of microholes supported liquid/ liquid interface on a thin polymer film, and (iv) a microhole array liquid/liquid interface on a silicon membrane. Research efforts on developing ion selective sensors for water pollutants as well as biomolecule sensors will be highlighted based on the use of direct and assisted ion transfer reactions across these different ITIES configurations.
This study was conducted to the improvement of solar light-based artificial light supply system and effect of lettuce cultivation. The artificial light supply system was consisted of units such as light source, power, system measurement and controller. The light source supply was composed of a solar transmitter and an LED lamp. The power supply consisted of an leakage breaker, SMPS, LED controller and relay. The solar transmitter was made of a quartz optical fiber with optimal light transmission. Artificial light used white lamp among LEDs. System measurement and control consisted of touch screen, Zigbee communication module and light quantity sensor. The results of test confirmed that the LED light is automatically activated when the intensity measured by the light intensity sensor is 200 μmolm-2s-1 or less. Moreover, the leaf length, root length, chlorophyll content and root fresh weight of optical fiber treatment was hight than LED lamp treatment. Therefore, it can be inferred that the energy-saving solar light collector device can be effective in the indoor lettuce production. However, the use of LED lamp is also recommended to assure the availability of sufficient sunlight in cloudy and rainy days.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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