Two mesophilic trickling bed bioreactors filled with two different types of media, hydrophilic- and hydrophobic-cubes, were designed and conducted for hydrogen production under the anaerobic fermentation of sucrose. Each bioreactor consisted of the column packed with polymeric cubes and inoculated with heat-treated sludge obtained from anaerobic digestion tank. A defined medium containing sucrose was fed by the different hydraulic retention time(HRT), and recycle rate. Hydrogen concentrations in gas-phase were constant, averaging 40% of biogas throughout the operation. Hydrogen production rate was increased till $10.5\;L{\cdot}h^{-1}{\cdot}L^{-1}$ of bioreactor when influent sucrose concentrations and recycle rates were varied. At the same time, the hydrogen production rate with hydrophobic media application was higher than its hydrophilic media application. No methane was detected when the reactor was under a normal operation. The major fermentation by-products in the liquid effluent of the both trickling biofilters were acetate, butyrate and lactate. In order to run in the long term operation of both reactor filled with hydrophilic and hydrophobic media, biofilm accumulation on hydrophilic media and biogas produced should be controlled through some process such as periodical backwashing or gas-purging. Four sample were collected from each reactor on the opposite hydrogen production rate, and their bacterial communities were compared by terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) analysis of PCR products generated using bacterial 16s rRNA gene primers (8f and 926r). It was expressed a marked difference in bacterial communities of both reactors. The trickling bed bioreactor with hydrophobic media demonstrates the feasibility of the process to produce hydrogen gas. A likely application of this reactor technology can be hydrogen gas recovery from pre-treatment of high carbohydrate-containing wastewaters.
Rhodopseudomonas sphaeroides K7 and E15-1 produced hydrogen from glucose rapidly for the first 24 hrs of culture under the anaerobic and photosynthetic conditions and then ceased the hydrogen production because of the accumulation of organic acids such as acetic acid and formic acid in the culture broth, decreasing the pH to 4.2-4.5. Only 43% and 73% of glucose in the culture were consumed even after 6 days of incubation by R. sphaeroides K7 and E15-1, respectively. The hydrogen production and glucose consumption, however, were substantially increased when the pH of the culture was adjusted to 6.8-7.0: Hydrogen production continues even after 10 days of culture and glucose was consumed completely after 2.5 and 4.5 days by R. sphaeroides K7 and E15-1, respectively, Furthermore, the bacteriochlorophyll contents in R. sphaeroides K7 and E15-1 were increased by 44 and 9 folds and the cell concentrations by 10 and 2.5 folds, respectively, after 7 days of culture. R. sphaeroides K7 and E15-1 also produced hydrogen from acetic, lactic, butyric and malic acids under the anaerobic and photosynthetic conditions even though the amounts of hydrogen produced were lower than that from glucose. The results of this experiment indicate that under the anaerobic and synthetic conditions R. sphaeroides K7 and E15-1 might use the NADH oxidation mediated by ferredoxin and hydrogenase to evolve hydrogen from glucose for the first 24 hrs and then the organic acids produced were used as electron donners for the production of hydrogen in the nitrogen-limited condition.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.35
no.1
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pp.1-9
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2013
Long term hydrogen production was investigated in an anaerobic sequencing batch reactor (ASBR) using mixed microflora. Glucose (about 8,250 mg/L) was used as a substrate for the ASBR operation under the condition of pH 5.5 and $37^{\circ}C$ with mixing at 150 rpm. The experiment was carried out over a period of 160 days. Hydrogen yield was 0.8mol $H_2/mol$ glucose with F/M ratio 2 at initial operation period. The hydrogen yield reached to maximum 2.6 mol $H_2/mol$ glucose at 80th day operation. However decreased hydrogen yield was observed after 80 days operation and eventually no hydrogen yield. Although well-known hydrogen producer Clostridium sp. was detected in the reactor by PCR-DGGE analysis, changed reactor operation was the major reason of the decreased hydrogen production, such as low F/M ratio of 0.5 and high propionic acid concentration 2,130 mg/L. Consequently the long period operation resulted in MLSS accumulation and then low F/M ration stimulating propionic acid formation which consumes hydrogen produced in the reactor.
Because of the recent expansion of hydrogen vehicle supply, the installation of hydrogen filling station is expected to gradually expand. This study attempts to predict the damage scale and propose a safer design form based on the scenario that assumes the worst case of a hydrogen station. A Flacs solver using computational fluid dynamics (CFD) was used to predict the damage scale, and the accuracy was verified by comparing it with the experimental results of previous researchers. The damage scale prediction was conducted for hydrogen leakage and explosion, and the prediction target was the KR model based on the measured values. And as a comparative review model, a roofless model was selected without a ceiling. As a result of analyzing the two models, it was possible to confirm the accumulation and retention of hydrogen gas up to 60 vol% or more in the KR model, whereas in the case of the Roofless model, the phenomenon of discharge and diffusion to the outside of the charging station by riding the wall after leakage. I was able to check. In conclusion, it was reviewed that the type of hydrogen charging station without ceiling is more advantageous for safety than the hydrogen filling station model.
Background: Ginsenoside Rg1 is a class of steroid glycoside and triterpene saponin in Panax ginseng. Many studies suggest that Rg1 suppresses adipocyte differentiation in 3T3-L1. However, the detail molecular mechanism of Rg1 on adipogenesis in 3T3-L1 is still not fully understood. Methods: 3T3-L1 preadipocyte was used to evaluate the effect of Rg1 on adipocyte development in the differentiation in a stage-dependent manner in vitro. Oil Red O staining and Nile red staining were conducted to measure intracellular lipid accumulation and superoxide production, respectively. We analyzed the protein expression using Western blot in vitro. The zebrafish model was used to investigate whether Rg1 suppresses the early stage of fat accumulation in vivo. Results: Rg1 decreased lipid accumulation in early-stage differentiation of 3T3-L1 compared with intermediate and later stages of adipocyte differentiation. Rg1 dramatically increased CAAT/enhancer binding protein (C/EBP) homologous protein-10 (CHOP10) and subsequently reduced the $C/EBP{\beta}$ transcriptional activity that prohibited the initiation of adipogenic marker expression as well as triglyceride synthase. Rg1 decreased the expression of extracellular signal-regulated kinase 1/2 and glycogen synthase kinase $3{\beta}$, which are also essential for stimulating the expression of $CEBP{\beta}$. Rg1 also reduced reactive oxygen species production because of the downregulated protein level of nicotinamide adenine dinucleotide phosphate hydrogen (NADPH) oxidase 4 (NOX4). While Rg1 increased the endogenous antioxidant enzymes, it also dramatically decreased the accumulation of lipid and triglyceride in high fat diet-induced obese zebrafish. Conclusion: We demonstrated that Rg1 suppresses early-stage differentiation via the activation of CHOP10 and attenuates fat accumulation in vivo. These results indicate that Rg1 might have the potential to reduce body fat accumulation in the early stage of obesity.
In this study, porous Mo-5 wt% Cu with unidirectionally aligned pores is prepared by freeze drying of camphene slurry with $MoO_3-CuO$ powders. Unidirectional freezing of camphene slurry with dispersion stability is conducted at $-25^{\circ}C$, and pores in the frozen specimens are generated by sublimation of the camphene crystals. The green bodies are hydrogen-reduced at $750^{\circ}C$ and sintered at $1000^{\circ}C$ for 1 h. X-ray diffraction analysis reveals that $MoO_3-CuO$ composite powders are completely converted to a Mo-and-Cu phase without any reaction phases by hydrogen reduction. The sintered bodies with the Mo-Cu phase show large and aligned parallel pores to the camphene growth direction as well as small pores in the internal walls of large pores. The pore size and porosity decrease with increasing composite powder content from 5 to 10 vol%. The change of pore characteristics is explained by the degree of powder rearrangement in slurry and the accumulation behavior of powders in the interdendritic spaces of solidified camphene.
Hydrogen-steam gas mixture may be injected into containment with flow regime varying both spatially and transiently due to wall effect and pressure difference between primary loop and containment in severe accidents induced by loss of coolant accident. Preliminary CFD analysis is conducted to gain information about the helium flow regime transition process from jet to buoyancy plume for forthcoming experimental study. Physical models of impinging jet and wall condensation are validated using separated effect experimental data, firstly. Then helium transportation is analyzed with the effect of jet momentum, buoyancy and wall cooling discussed. Result shows that helium distribution is totally dominated by impinging jet in the beginning, high concentration appears near gas source and wall where jet momentum is strong. With the jet weakening, stable light gas layer without recirculating eddy is established by buoyancy. Transient reversed helium distribution appears due to natural convection resulted from wall cooling, which delays the stratification. It is necessary to concern about hydrogen accumulation in lower space under the containment external cooling strategy. From the perspective of experiment design, measurement point should be set at the height of connecting pipe and near the wall for stratification stability criterion and impinging jet modelling validation.
Journal of the Korean Society of Urban Environment
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v.18
no.4
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pp.391-399
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2018
In this study, Diazinon which is the most widely used organophosphorus pesticides (OPPs) among pesticides was removed by ozone/hydrogen peroxide advanced oxidation process (Peroxone AOP). Diazinon is mainly found in groundwater, drinking water, rivers and ponds that are near agricultural areas using the pesticide. Accumulation of Diazinon on the body in the form of metabolites causes neurotoxicity, confusion, dizziness and vomiting. Diazinon is not easily removed by conventional water treatment processes. This study investigated the Diazinon removal characteristics with OH radicals with strong oxidizing power generated by using ozone and hydrogen peroxide. We determined optimal hydrogen peroxide/ozone injection molar ratio and confirmed the elimination reaction to initial Diazinon concentration, pH and DOC concentration, which are factors influencing the removal efficiency. Domestic researches on pesticide removal in the environment are much less than the cases of overseas. This study is expected to provide a basis for the process design for pesticide removal.
Muchlas Muchamad;Bok-Rye Lee;Sang-Hyun Park;Tae-Hwan Kim
Journal of The Korean Society of Grassland and Forage Science
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v.43
no.1
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pp.56-61
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2023
The germination process is critical for plant growth and development and it is largely affected by environmental stress, especially salinity. Recently, hydrogen sulfide (H2S) is well known to act as a signaling molecule in a defense mechanism against stress conditions but poorly understood regulating seed germination. In this study, the effects of NaHS (the H2S donor) pretreatment on various biochemical (hydrogen peroxide (H2O2) content and amylase and protease activity) and physiological properties (germination rate) during seed germination of oilseed rape (Brassica napus L. cv. Mosa) were examined under salt stress. The seed germination and seedling growth of oilseed rape were inhibited by NaCl treatment but it was alleviated by NaHS pretreatment. The NaCl treatment increased H2O2 content leading to oxidative stress, but NaHS pre-treatments maintained much lower levels of H2O2 in germinating seeds under salt stress. Amylase activity, a starch degradation enzyme, significantly increased over 2-fold in control, NaHS pretreatment, and NaHS pretreatment under NaCl during seed germination compared to NaCl treatment. Protease activity was highly induced in NaHS-pretreated seeds compared to NaCl treatment, accompanied by a decrease in protein content. These results indicate that NaHS pretreatment could improve seed germination under salt stress conditions by decreasing H2O2 accumulation and activating the degradation of protein and starch to support seedling growth.
In the presence of optimum amounts of hydroxylamine, trace ruthenium(III) can be conveniently determined in acidic (boric) media by coupling catalytic hydrogen processes with adsorptive accumulation of the catalyst, using differential pulse voltammetry. Cyclic voltammetry was used to characterize the redox and interfacial processes. Optimal experimental conditions were found to be a stirred borate (0.015 M, pH 2.5) solution containing 0.55 M hydroxylamine, a preconcentration potential of - 0.70 V, and a scan rate of 5 mV/s. With a 7 min accumulation period the detection limit was 3${\times}$10-10 M. The possible interferences by other platinum group metals are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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