• 한국환경농학회지
• /
• 제35권2호
• /
• pp.128-136
• /
• 2016

BACKGROUND: Hydrothermal carbonization reaction is the thermo-chemical energy conversion technology for producing the solid fuel of high carbon density from organic wastes. The hydrothermal carbonization reaction is accompanied by the thermal hydrolysis reaction which converse particulate organic matters to soluble forms (hydro-thermal hydrolysate). Recently, hydrothermal carbonization is adopted as a pre-treatment technology to improve anaerobic digestion efficiency. This research was carried out to assess the effects of hydro-thermal reaction temperature on the methane potential and anaerobic biodegradability in the thermal hydrolysate of organic sludge generating from the wastewater treatment plant of poultry slaughterhouse .METHODS AND RESULTS: Wastewater treatment sludge cake of poultry slaughterhouse was treated in the different hydro-thermal reaction temperature of 170, 180, 190, 200, and 220℃. Theoretical and experimental methane potential for each hydro-thermal hydrolysate were measured. Then, the organic substance fractions of hydro-thermal hydrolysate were characterized by the optimization of the parallel first order kinetics model. The increase of hydro-thermal reaction temperature from 170℃ to 220℃ caused the enhancement of hydrolysis efficiency. And the methane potential showed the maximum value of 0.381 Nm³ kg^-1-VS_added in the hydro-thermal reaction temperature of 190℃. Biodegradable volatile solid(VSB) content have accounted for 66.41% in 170℃, 72.70% in 180℃, 79.78% in 190℃, 67.05% in 200℃, and 70.31% in 220℃, respectively. The persistent VS content increased with hydro-thermal reaction temperature, which occupied 0.18% for 170℃, 2.96% for 180℃, 6.32% for 190℃, 17.52% for 200℃, and 20.55% for 220℃.CONCLUSION: Biodegradable volatile solid showed the highest amount in the hydro-thermal reaction temperature of 190℃, and then, the optimum hydro-thermal reaction temperature for organic sludge was assessed as 190℃ in the aspect of the methane production. The rise of hydro-thermal reaction temperature caused increase of persistent organic matter content.

• 유기물자원화
• /
• 제25권1호
• /
• pp.35-45
• /
• 2017

본 연구는 하수슬러지의 혐기소화 효율 향상을 위하여 유기물 가용화를 위한 수열탄화 최적 온도조건을 규명하고자 170, 180, 190, 200, 210, $220^{\circ}C$의 수열탄화 반응에서 생성된 수열탄화액의 메탄퍼텐셜을 분석하였으며, 병열 1차 반응식(Parallel first order kinetics model)을 적용하여 수열탄화액의 유기물을 이분해성, 분해저항성, 난분해성 유기물로 분획하여 유기물의 구성 특성을 추정하였다. 하수슬러지의 누적 메탄생산곡선은 회분식 혐기반응기 운전 후기까지 지속적으로 증가하는 양상을 보였으며 병열 1차 반응식을 적용하여 합리적인 최종메탄퍼텐셜($B_u$)의 분석이 가능하였다. 하수슬러지 수열탄화액의 최종 메탄퍼텐셜은 수열탄화온도가 170, 180, 190, 200, 210, $220^{\circ}C$로 증가함에 따라 각각 0.39, 0.39, 0.40, 0.44, 0.45, $0.46Nm^3/kg-VS_{added}$로 증가하였으며, 수열탄화 반응온도의 상승은 하수슬러지의 유기물을 가용화 시켜 생분해성 유기물($VS_B$)의 함량을 증가시키는 것으로 나타났다. 이분해성 유기물($VS_e$) 함량은 수열탄화 반응온도 $200{\sim}210^{\circ}C$에서 가장 높게 나타나 하수슬러지의 유기물 가용화를 위한 최적 수열탄화 반응온도는 $200{\sim}210^{\circ}C$의 범위로 나타났다. 또한 수열탄화 반응으로 얻어지는 하수슬러지 수열탄화액에서 생분해성 유기물($VS_B$)과 이분해성 유기물($VS_e$)의 양은 수열탄화 반응온도 $200^{\circ}C$에서 가장 높게 나타나 $200^{\circ}C$의 수열탄화 반응온도가 하수슬러지의 가용화에 최적 온도조건으로 판단되었다.

• 유기물자원화
• /
• 제28권4호
• /
• pp.23-33
• /
• 2020

해조류는 분해에 어려움이 없고 부산물 역시 사료와 비료 등으로 이용이 가능해 에너지로의 전환율이 높으며 성장과정에서의 탄소 흡수능력과 원료 생산에 특별한 비용이 들지 않고 빠른 생장속도와 넓은 재배 면적으로 이용가치가 높은 바이오매스로 볼 수 있다. 우리나라는 삼면이 바다로 둘러싸여 있어 해조류 양식 발달 되어 왔으며, 2018년 기준 해조류 생산량은 총 1,722,486ton이며 이중 96% 이상을 차지하는 다시마(Saccharina japonica), 김(Porphyra tenera), 미역(Undaria pinnatifida)은 제품화 되는 과정에서 많은 양이 부산물로 발생하고 있다. 본 연구에서는 해조류 부산물의 혐기소화를 위하여 다시마, 미역, 김의 이화학적 성상을 분석하였으며, 이론적 메탄퍼텐셜과 생물화학적 메탄퍼텐셜(BMP)을 분석하여 혐기적 메탄생산 수율을 파악하였다. 다시마, 미역, 김의 이론적 메탄퍼텐셜은 0.393, 0.373, 0.435 N㎥/kg-VS로 나타났으며, 회분식 혐기반응기를 이용한 생물화학적 메탄생산퍼텐셜을 Modified gompertz model로 분석한 결과 0.226, 0.227, 0.241 N㎥/kg-VS로 산출되었으며, Parallel first order kinetics model로 분석한 결과 0.220, 0.243, 0.240 N㎥/kg-VS로 산출되었다.

• 유기물자원화
• /
• 제30권1호
• /
• pp.13-21
• /
• 2022

버섯 폐배지는 버섯의 수확 후 발생하는 폐기물계 바이오매스로서 적정처리 방법의 부재와 위탁처리 비용의 상승으로 버섯재배 농가의 처리 부담을 증가시키고 있다. 본 연구에서는 버섯 폐배지의 적정처리를 위한 방법으로 혐기소화를 통한 바이오에너지화 방안을 검토하기 위하여 버섯재배 사용 전 배지(Mushroom medium; MM)와 사용 후 폐배지(Mushroom waste medium; MWM)의 메탄퍼텐셜을 분석하고 혐기소화 과정에서의 유기물의 분해특성을 파악하고자 하였다. 버섯재배 전과 후, MM과 MWM의 이론적 메탄퍼텐셜(B_th)은 0.481, 0.451 Nm³-CH₄/kg-VS_added으로 MWM에서 6.2% 낮았으나, 생화학적 메탄퍼셜은 0.155, 0.183 Nm³-CH₄/kg-VS_added으로 MWM에서 18% 증가하였다. Modified Gompertz model에 의한 반응속도 분석에서 MM과 MWM의 최대메탄생산량(R_m)은 각각 4.59, 7.21 mL/day이었으며, 지체성장기시간(λ)는 각각 2.78, 1.96 day으로 MWM에서 혐기소화 속도가 증가하였다. Parallel first order kinetics model에 의한 반응속도 분석에서 MM과 비교하여 MWM에서 이분해성 유기물(VS_e) 함량이 5.89%, 분해저항성 유기물(VS_p) 함량이 2.03% 높았으며, 난분해성 유기물(VS_NB) 함량은 7.85%가 낮았다. 따라서, 버섯재배 사용 전 배지보다 폐배지의 혐기소화 특성이 더 우수하였다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
• /
• 제16권2호
• /
• pp.143-148
• /
• 1995

Ketene (CH2CO) adsorption on Ag(111) has been studied in ultrahigh vacuum using electron energy loss spectroscopy and temperature programmed desorption. Ketene adsorbs molecularly on Ag(111) at temperatures below 126 K. The coverage increases linearly with exposure until saturation. No multilayer formation and no shift in desorption temperature with coverage were observed, indicating a lack of attractive interaction between adsorbate molecules. The desorption activation energy is estimated to be 7.8 kcal/mol by assuming first order kinetics and a pre-exponential factor of 1013 sec-1. The adsorption geometry of ketene on the surface is determined from the relative intensities of the vibrational energy loss peaks. The CCO axis of CH2CO is found to be almost parallel to (∼4°away from) the surface and the molecular plane is almost perpendicular to the surface (∼3°tilt).

• 한국토양비료학회지
• /
• 제48권6호
• /
• pp.602-609
• /
• 2015

In order to enhance a biogas production by the hydro-thermal pre-treatment of piggery manure, the effects of hydro-thermal reaction temperature at thermal hydrolysis of piggery manure on the methane potential and anaerobic biodegradability of thermal hydrolysate were analyzed. The increase of hydro-thermal reaction temperature from $170^{\circ}C$ to $220^{\circ}C$ caused the enhancement of hydrolysis efficiency, and most of organic matters were present in soluble forms. However, the methane potentials ($B_u-TCOD$) of hydrolysate were decreased from 0.239 to $0.188Nm^3kg^{-1}-TCOD_{added}$ by increasing hydro-thermal reaction temperature from $170^{\circ}C$ to $220^{\circ}C$, and also the anaerobic biodegradability (DTCOD) decreased from 74.6% to 58.6% with increase of hydro-thermal reaction temperature. The increase of hydro-thermal reaction temperature from $170^{\circ}C$ to $220^{\circ}C$ resulted in the decrease of easily biodegradable organic matter content, while persistent organic matter contents increased.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
• /
• 제9권5호
• /
• pp.298-303
• /
• 1988

Kinetic studies on cupric ion ($Cu^{2+}$) oxidation of 1-benzyl- and 1-aryl-1,4-dihydronicotinamides (XNAH) in aqueous solution were performed. In the presence of dioxygen ($O_2$), the reaction followed first order kinetics with respect to both XNAH and $Cu^{2+}$. The oxidation reaction was found to be independent and parallel to the acid-catalyzed hydration reaction of XNAH. The catalytic role of $Cu^{2+}$ for the oxidation of XNAH in the presence of $O_2$ was attributed to $Cu^{2+}/Cu^+$ redox cycle by the reactions with XNAH and $O_2$. The second order rate constants of the Cu2+ oxidation reaction kCu, and acid-catalyzed hydration reaction $k_H$ were strongly dependent on the nature of the substituents in 1-aryl moiety. The slopes of log $k_{Cu}$ vs log $K_H$ and log $k_{Cu}$ vs ${\sigma}_p$ of the substituents plots were 1.64 and -2.2, respectively. This revealed the greater sensitivity of the oxidation reaction rate to the electron density on the ring nitrogen than the hydration reaction rate. A concerted two-electron transfer route involving XNAH-$Cu^{2+}$ complex was proposed for mechanism of the oxidation reaction.

• 대한화학회지
• /
• 제32권5호
• /
• pp.476-482
• /
• 1988

$Hg^{2+}$ 수용액내에서 cis-[$Co(en)_2YCl$]$^{r+}$ (Y = $NH_3$, $NO_2^-$, NCS$^-$, $H_2O$)의 아쿠아 반응속도를 UV/vis 분광광도계로 측정하여 반응속도식을 결정하였으며, 확장분자궤도법(Extended Huckel Molecular Orbital Method)에 의해 Co(Ⅲ) 전이금속착물의 양자화학적값을 계산하고 실험에서 구한 반응속도와의 상관성을 조사하여 촉매가 관련한 타당한 반응메카니즘을 제안하였다. 본 연구에서 Co(Ⅲ) 전이금속착물과 $Hg^{2+}$에 대하여 각각 1차반응이고, 반응속도는 Co(Ⅲ) 중심금속의 알짜전하 크기와 병행성이 있으며, 이들의 반응속도는 Y의 종류에 따라 $NH_3$ < NCS$^-$ < H$_2$O < NO$_2^-$의 순으로 증가되었다. 그리고 이들 생성물의 cis-이성질체가 약 95${\%}$, trans-이성질체가 약 5${\%}$정도 생성되었다. 또한 EHMO법에 의해 계산된 알짜전하와 결합차수로부터 본 반응계는 결합깨어짐보다 결합형성이 우선되어 H$_2$0가 Co(Ⅲ) 중심금속에 공격하는 단계가 속도결정 단계가 됨을 알았다. 이러한 사실과 실험에서 구한 속도자료 그리고 활성화파라메타값으로부터 Id 메카니즘으로 진행되는 타당한 반응메카니즘을 제안하였다.

• 대한화학회지
• /
• 제46권1호
• /
• pp.57-63
• /
• 2002

CTA(crude terephthalic acid)의 수소화 정제 반응이 고온의 회분식반응기에서 PdRu/CCM(carbon-carbonaceous composite material) 촉매 상에서 수행되었다. 반응 시간에 따른 In(4-CBA; 4-carboxybenzaldehyde)의 의존도가 선형성을 보임에서 수소화 정제는 1차 속도론을 따름을 알 수 있었다. 촉매량에 따른 반응 속도의 선형성에서 조사된 반응 조건은 정제 반응을 잘 대변할 수 있음을 알 수 있었다. 반응 전환율이 증가하면(4-CBA가 감소하면) 고체 및 액체의 p-toluic acid(p-tol)의 농도는 증가하였으나 벤조산(BA)의 농도는 크게 변하지 않았다. 4-CBA 농도가 대략 0.15% 이하일 때에는 PTA의 AT(alkalitransmittance)는 4-CBA농도에 반비례하며 이는 4-CBA의 수소화에 따라 발색물질도 제거 됨을 보여 준다. 4-CBA농도가 약 0.2% 이상이면 AT는 일정하였는데 이는 4-CBA 자체는 발색 효과를 가지지 않음을 보여준다. (0.3%Pd-0.2%Ru)/CCM 촉매는 0.5%Pd/C 상업 촉매에 비해 초기 활성은 낮으나, 상업 공장 반응기에서 사용한 후에는 오히려 큰 잔존 활성을 보였고 PdRu/CCM 촉매는 루테늄 함량이 약 $0.2{\sim}0.35%$ 일 때 활성의 상승효과를 보였다. PdRu/CCM 촉매는 0.5%Pd/C 상업 촉매를 대체할 가능성이 높음을 알 수 있다.

• 유기물자원화
• /
• 제31권4호
• /
• pp.13-28
• /
• 2023

본 연구에서는 초본계 바이오매스인 잔디 예지물의 혐기소화 원료 가치를 평가하기 위하여 잔디 3종 (Poa pratensis, PP; Zoysia japonica, ZJ; Agrostis stolonifera, AS)의 생화학적 메탄퍼텐셜을 측정하였으며, 사일리지 저장기간 (0, 30, 60, 90, 120, 180일)에 따른 잔디 예지물 (PP)의 생화학적 메탄퍼텐셜 변화를 분석하여 사일리지 저장기간이 잔디 예지물의 혐기소화에 미치는 영향을 평가하고자 하였다. Parallel first-order kinetics model에 의한 생화학적 메탄퍼텐셜 (B_u-P)은 PP, ZJ, AS에서 각각 0.330, 0.297, 0.261 Nm³/kg-VS_added이었으며, PP의 잔디 예지물이 메탄생산을 위한 혐기소화 원료로서 가장 적합하였다. PP의 잔디 예지물 사일리지의 B_u-P는 저장기간 0일 0.269 Nm³/kg-VS_added에서 저장기간 180일 0.217 Nm³/kg-VS_added로 약 19% 감소하였다. 또한, 잔디 예지물 사일리지 저장기간 0일에 NDF, ADF, BP 함량은 각각 67.59, 39.68, 3.02%인 반면, 180일에는 각각 77.12, 54.65, 6.24%로 나타나 저장기간 180일에 잔디 예지물 사일리지에서 세포벽 구성 물질의 함량이 크게 증가하였다. 잔디 예지물을 효율적으로 혐기소화 하기 위해서는 사일리지 저장 방식 외에도 사일리지 제조과정에서 초기 수분함량, 효소 또는 알칼리 처리와 같은 전처리 방법, 잔류 농약에 의한 혐기소화 저해 영향 등에 관한 추가적인 연구가 요구된다.