Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제13권2호
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pp.123-140
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2009
The effect of a solute concentration difference on the osmotic transport of water through the semi-permeable membrane of a simple cell model is investigated. So far, most studies on osmotic phenomena are described by simple diffusion-type equations ignoring all fluid motion or described by Stokes flow. In our work, as the governing equations, we consider the coupled full Navier-Stokes equations which describe the fluid motion and the full transport equation that takes into account of convection and diffusion effects. A two dimensional finite difference model has been developed to simulate the velocity field, concentration field, and semi-permeable membrane movement. It is shown that the cell swells to regions of lower solute concentration due to the uneven water flux through the semi-permeable membrane. The simulation is applied on a red blood cell geometry and the relevant results are presented.
In this study, high school science teachers' and students' various conceptions related to osmosis phenomena were compared with and analyzed in relation to the content of science textbooks used in high school science classrooms and college science courses. The questionnaires developed by the researchers were administered to science teachers and students. Differences can be found between the explanations of science textbooks on osmotic pressure and semi-permeable membranes. Many science teachers and students thought of osmotic pressure as 'membrane pressure occurred by the movement of a solvent'. Moreover, the types of teachers of semi-permeable membranes were similar regardless of their academic majors. Many of the teachers thought of a semi-permeable membrane as a membrane that 'passes small-size particles'; however, many students thought of this type of membrane as being 'selectively permeable'. Also, the salt-pickling cabbage phenomenon seemed to cause significant confusion to science teachers and students. These study results show that teachers and students possess various conceptions related to the osmosis phenomena. These different conceptions related to osmosis phenomena might cause confusion and diverse conceptions including misconceptions among teachers and students.
The objective of this investigation was to develop a gastro-retentive(GR) dosage form of gabapentin and was to evaluate of its dissolution characteristics. GR tablet consists of expandable core tablet matrix and semi-permeable membrane coating. Poloxamer 407 and sodium bicarbonate were used to prepare the core matrix. Polyvinly acetate dispersion (Kollicoat $SR30D^{(R)}$) and polyvinyl alcohol-polyethylene glycol copolymer ((Kollicoat $IR^{(R)}$)) were employed to form the semi-permeable membrane. The GR tablets significantly expanded up to fivefold in simulated gastrointestinal fluids with no apparent damage of the coating membrane over 12 hours. Also, the swelling rate was controllable with the amount of sodium bicarbonate. The drug release was observed to be substantially sustained based on coating level. The release rate of gabapentin from the GR tablet was gradually slowed down as the coasting amount was increased. The gabapentin GR tablet with 8% coating level showed a pseudo-zero order release kinetics over 12 hours. These results suggest that this swellable GR tablet system having semi-permeable membrane coating can be applicable for hydrophilic drug substances like gabapentin.
A green microalga, Tetraselmis sp., was cultivated in the coastal seawater of Young-Heung Island using semi-permeable membrane photobioreactors (SPM-PBRs) in different seasons. The microalgae in the SPM-PBRs were able to grow on nutrients diffused into the PBRs from the surrounding seawater through SPMs. The biomass productivity varied depending on the ion permeabilities of the SPMs and environmental conditions, whereas the quality and quantity of fatty acids were constant. The temperature of seawater had a greater influence than solar radiation did on productivity of Tetraselmis sp. in SPM-PBRs. SPM-PBRs could provide technologies for concurrent algal biomass and fatty acids production, and eutrophication reduction in the ocean.
It is well known that concrete is typical porous material. We pay attention to Hansen's idea that concrete may be expected to act as semi-permeable membrane, and report the effect of concentration of solution and temperature on water flux in forward osmosis. In order to measuring volume of water flux from distilled water to solution of sodium chloride through hardened cement paste, specially designed apparatus was constructed, and the following result were obtained: (1) hardened cement paste acts as semi-permeable membrane, consequently, water flux in forward osmosis may occur. (2) Rate of water flux is proportion to concentration of dilute solution, and this suggests hardened cement paste is agreeable to the theory of membrane. (3) Effect of temperature on water flux is agreeable to Arrehenius equation and is great.
폴리브롬화 디페닐에테르는 강한 소수성과 큰 분자량을 지닌 물질로 수체에 쉽게 용존되지 않으며, 이로 인해 다른 환경매체에 비해 수환경에 대한 연구는 많지 않다. 그러나 하 폐수처리장으로부터 수환경으로의 질량부하, 침적토에서의 재부유 현상 그리고 부유 입자 및 콜로이드로부터의 분배현상은 무시할 수 없는 영향을 미칠 것이다. 따라서 수환경 중 폴리브롬화 디페닐에테르를 조사하는 것은 중요하면서도 어려운 작업이다. 최근에 수환경에서 소수성물질을 모니터링 할 때의 어려움을 극복하기 위한 방안으로 반투과성막장비와 같은 수동적 시료채취 기법이 사용되고 있다. 수동적 시료채취를 사용하면 시료채취 기간 동안 주변환경인자의 변동을 조절하며 미량으로 존재하는 폴리브롬화 디페닐에테르를 검출하고 장기간에 거쳐 재현성 있는 모니터링 결과를 얻을 수 있다. 따라서 본 연구에서는 반투과성막장비(SPMD)를 수질 모니터링 장비로서 활용하는 가능성을 확인하고자 하였다. 강둑에서 그랩, 혼합 시료채취법과 SPMD를 적용하여 다양한 수질시료 채취기법에 따른 시간적 변동과 농도 차이를 확인하고 SPMD를 사용하여 폴리브롬화 디페닐에테르의 수환경 중 농도를 예측할 수 있는지 평가하였다.
Forward osmosis (FO) process is a chemical potential driven process, where highly concentrated draw solution (DS) is used to take water through semi-permeable membrane from feed solution (FS) with lower concentration. Recently, commercial FO membrane modules have been developed so that full-scale FO process can be applied to seawater desalination or water reuse. In order to design a real-scale FO plant, the performance prediction of FO membrane modules installed in the plant is essential. Especially, the flux prediction is the most important task because the amount of diluted draw solution and concentrate solution flowing out of FO modules can be expected from the flux. Through a previous study, a theoretical based FO module model to predict flux was developed. However it needs an intensive numerical calculation work and a fitting process to reflect a complex module geometry. The idea of this work is to introduce deep learning to predict flux of FO membrane modules using 116 experimental data set, which include six input variables (flow rate, pressure, and ion concentration of DS and FS) and one output variable (flux). The procedure of optimizing a deep learning model to minimize prediction error and overfitting problem was developed and tested. The optimized deep learning model (error of 3.87%) was found to predict flux better than the theoretical based FO module model (error of 10.13%) in the data set which were not used in machine learning.
The monitoring of persistent organic pollutants (POPs) in the atmosphere is a basis for the study of the fate of POPs in multimedia environments. Recently, passive air samplers (PASs) for POPs have been developed. In this paper, we deal with the principle, properties, and applications of the PAS. The principle of PAS, which has no pump, is physical sorption of semi-volatile organic chemicals on various sorbent materials. The PAS is much smaller than a high-volume air sampler and does not need electricity. These properties of the PAS make it possible to conduct various-scaled environmental monitoring all over the world including the Arctic and Antarctic, but the major disadvantage of PAS is its long sampling periods up to 2 years. To date, four kinds of PAS have been developed: polyurethane foam (PUF), polymer-coated glass (POG), semi-permeable membrane devices (SPMDs), and XAD resin-based PAS. Among them, SPMDs have been commercialized and are most widely used now. Meanwhile, the POPs emitted from China have a large potential to influence the levels and fates of POPs in Korea. Since characteristics of PAS are quite useful to monitor long-range transport of POPs, the use of PAS is highly recommended.
Three kind of ASE (Accelerated Solvent Extraction) and SPMDs (Semi-Permeable Membrane Devices) combined methods (ASE-SPMDs, ASE-accelerated SPMDs and SPMDs without extraction) and general Soxhlet-GPC were compared each other for the analysis of PCDD/FS in sediment. The average recovery rate of three types ASE and SPMDs combined methods (108.1%) were higher than that of the Soxhlet-GPC (79.5%) for three samples in each method using surrogate internal standards. The average coefficient of variation (10%, $2.1{\sim}25.2%$) for each congener of PCDD/Fs shows the reasonable results. Total PCDD/Fs concentrations after SPMDs without extraction were quite low, but those after ASE-SPMDs and ASE-accelerated SPMDs methods were close to the Soxhlet-GPC. Thus, the ASE-SPMDs and ASE-accelerated SPMDs methods are considered as the excellent pre-treatments method because they need less solvent and time without quality degradation.
본 연구에서는 방사성 폐액내 포함된 방사성 핵종인 세슘-137(Cs-137) 및 스트론튬-90(Sr-90)의 친환경적인 제염을 위해 미세조류의 적용 가능성을 평가하였다. Cs-137 및 Sr-90이 각각 함유된 일원계 표준 방사성 용액과 3차 증류수를 희석하여 1.5 Bq/mL Cs-137, 1.0 Bq/mL Sr-90 농도로 제조한 뒤 실험에 사용하였다. 미세조류는 2종을 사용했으며, Sr-90 제염에는 Chlorella Vulgaris를 사용하였고, Cs-137 제염에는 Hematococcus pluvialis를 사용하여 실험을 수행하였다. 실험 방법은 2주 간 배양된 미세조류를 반투과막이 부착된 병에 투입한 뒤, 미세조류가 투입된 병을 제조된 방사성 용액에 투입하여, 반투과막을 통해 미세조류와 방사성 용액이 48 시간 동안 반응하도록 하였다. 각 시료에 대한 방사능 농도 분석은 γ선 동위원소인 Cs-137은 감마선 핵종 분석기를 사용하였고, β선 동위원소인 Sr-90은 액체섬광계수기(LSC: Liquid Scintillation Count)를 사용하였다. 실험 결과, Cs-137은 약 88.0 %, Sr-90은 약 89.7 % 제염이 가능함을 확인하였으며, Sr-90은 2단 제염 방법에 의해 최종적으로 약 98.6 % 제염이 가능하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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