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Recovery of Xylo-oligomer and Lignin Liquors from Rice Straw by Two 2-step Processes Using Aqueous Ammonia Followed by Hot-water or Sulfuric Acid

  • Vi Truong, Nguyen Phuong;Shrestha, Rubee koju;Kim, Tae Hyun
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제53권6호
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    • pp.682-689
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    • 2015
  • A two-step process was investigated for pretreatment and fractionation of rice straw. The two-step fractionation process involves first, soaking rice straw in aqueous ammonia (SAA) in a batch reactor to recover lignin-rich hydrolysate. This is followed by a second-step treatment in a fixed-bed flow-through column reactor to recover xylo-oligomer-rich hydrolysate. The remaining glucan-rich solid cake is then subjected to an enzymatic process. In the first variant, SAA treatment in the first step dissolves lignin at moderate temperature (60 and $80^{\circ}C$), while in the second step, hot-water treatment is used for xylan removal at higher temperatures ($150{\sim}210^{\circ}C$). Under optimal conditions ($190^{\circ}C$ reaction temperature, 30 min reaction time, 5.0 ml/min flow rate, and 2.3 MPa reaction pressure), the SAA-hot-water fractionation removed 79.2% of the lignin and 63.4% of the xylan. In the second variant, SAA was followed by treatment with dilute sulfuric acid. With this process, optimal treatment conditions for effective fractionation of xylo-oligomer were found to be $80^{\circ}C$, 12 h reaction time, solid-to-liquid ratio of 1:12 in the first step; and 5.0 ml $H_2SO_4/min$, $170^{\circ}C$, and 2.3 MPa in the second step. After this two-step fractionation process, 85.4% lignin removal and 78.9% xylan removal (26.8% xylan recovery) were achieved. Use of the optimized second variant of the two-step fractionation process (SAA and $H_2SO_4$) resulted in enhanced enzymatic digestibility of the treated solid (99% glucan digestibility) with 15 FPU (filter paper unit) of CTec2 (cellulase)/g-glucan of enzyme loading, which was higher than 92% in the two-step fractionation process (SAA and hot-water).

고대 민가의 구조 및 목조 프레임의 수평내력에 관한 연구 (A Study on the Structure and lateral Loading Capacity of Wooden Frame of Ancient Commoner's House)

  • 서정문;최인길;전영선;이종림;신재철;허택영
    • 한국지진공학회논문집
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    • 제1권2호
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    • pp.31-37
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    • 1997
  • 삼국시대 이후 근대까지 민가의 가장 보편적인 형태였던 초가삼가의 평균적인 상세 구조를 제시하였다. 목조 프레임이 주로 사용되었으며 프레임의 조인트는 사개맞춤이 일반적이었다. 초가삼간을 구성하는 평주 및 고주 프레임의 정적 수평내력을 1:1 실험모델을 통하여 평가하였다. 기둥 상부 조인트의 형태 및 심벽이 수평내력에 미치는 영향과 조인트의 파괴모드를 분석하였다. 실험결과 평주 프레임의 극한 수평내력은 1,090N, 파괴시 최대 수평변위는 400mm(1/6 rad)이었다. 고주 프레임의 경우 이들 값은 각각 4,160 N 및 250 mm(1/9.6 rad)이었다. 프레임의 거동은 모두 조인트의 거동에 지배되었으며 매우 큰 비선형을 보였다. 조인트의 파괴모드는 평주 프레임의 경우 화통가지의 전단파괴, 고주프레임의 경우 화통가지의 휨파괴가 주요한 모드였다.

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유리화동결 전 인공수축과 보조부화술이 융해 후 생쥐 포배아의 발달에 미치는 영향 (Effects of the Artificial Shrinkage and Assisted Hatching Before Vitrification on the Development of the Vitrified Mouse Expanding Blastocysts)

  • 조덕현;고경래;정지혜;최종렬;주종길;이규섭
    • Clinical and Experimental Reproductive Medicine
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    • 제35권4호
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    • pp.275-283
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    • 2008
  • 목 적: 본 연구는 유리화동결 전 인공수축과 보조부화술 (부분투명대절개)이 유리화동결 후 생쥐 포배아의 생존율과 부화율에 미치는 영향을 알아보기 위해 시행되었다. 연구방법: 생쥐 2-세포기 배아를 획득하여 G1.1과 G2.2 배양액에서 포배아까지 배양하였다. 실험은 대조구군과 3개의 처리군으로 나누었다. 인공수축과 보조부화술 없이 동결한 군 (-AS/-AH)을 대조군으로 하였고, 보조부화술만 시행한 군 (-AS/+AH), 인공수축만 시행한 군 (+AS/-AH), 인공수축과 보조부화술을 동시에 처리한 군 (+AS/+AH)을 처리군으로 하였다. 모든 포배아는 G10과 G10E20 용액에서 각각 3분씩 평형을 실시하였고, G25E25 유리화용액에 노출직후 capped pulled-straw에 mouth 피펫으로 부하하여 유리화동결하였다. 융해 후 24시간 동안 배양하면서 생존율과 부화율을 조사하였다. 결 과: 인공수축을 시행한 후 보조부화술을 시행한 군 (+AS/+AH)과 보조부화술을 시행하지 않은 군 (+AS/-AH)에서의 생존율과 부화율은 각각 98%와 100%, 92%와 41%였으며, 인공수축을 시행하지 않고 보조부화술을 시행한 군(-AS/+AH)과 보조부화술을 시행하지 않은 군 (-AS/-AH, 대조군)에서의 생존율과 부화율은 각각 54%와 96%, 58%와 34%를 나타내어 인공수축과 보조부화술 생쥐 포배아의 생존율과 부화율 향상에 매우 효과적인 방법임을 알 수 있었다 (p<0.01). 또한 capped pulled-straw라고 명명한 스트로우를 이용한 유리화동결은 융해 후 회수율이 100%였으며, 동결과 융해과정에 매우 편리하여 배아의 유리화동결에 매우 유용할 것으로 생각된다. 결 론: 인공수축과 보조부화술은 포배아의 유리화동결 후 생존율과 부화율을 유의하게 향상시켜 포배아의 동결보존에 매우 효과적인 방법으로 생각된다.

인간포배기 배아의 효과적인 유리화 동결법의 개발을 위한 연구 (Study on the Development of Efficient Vitrification of Human Blastocysts)

  • 이상민;이주희;이상원;이승민;윤산현;임진호;박흠대;이성구
    • Clinical and Experimental Reproductive Medicine
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    • 제30권3호
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    • pp.241-248
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    • 2003
  • Objective: The purpose of this study was to evaluate the survival rate of vitrified blastocyst according to the freezing vessels, equilibration time in cryoprotectant and artificial dehydration method. Methods: Human blastocysts were vitrified after loading onto the plastic straw, open-pulled straw (OPS), electron microscopy grid (EM grid) for 1.5 min or 3 min. They also were directly plunged into LN2 within 30sec. For artificial shrinkage of blastocysts, 36 gauge fine needle was pushed at the cellular junction of the trophectoderm into the blstocoele cavity until it shrank without damage of inner cell mass. Results: The survival rate of vitrified blastocysts on plastic straw, OPS, EM grid as freezing vessels were 26.7, 13.0 and 60.5%, respectively. The survival rate of EM grid was significantly higher than that of plastic straw and OPS (p<0.05). For 1.5 min equilibrium, the survival rates of early blastocyst (EB), middle blastocyst (MB) and late blastocyst (LB) were 64.4, 81.0, and 20.0% respectively. For 3 min equilibrium, the survival rates of EB, MB, and LB were 69.9, 50.0 and 57.5% respectively. The survival rates of EB and MB were significantly higher than that of LB in 1.5 min equilibrium group (p<0.05), however, the significance was not observed in 3 min equilibrium groups. In cytoplasmic shrinkage before vitrification, the survival rates of EB, MB and LB were 92.9, 100 and 75.9% respectively. The survival rate of MB was significantly higher than that of LB (p<0.05). The survival rates of vitrified blastocysts by artificial dehydration and slow-frozen blastocysts were not significantly different as 88.9 and 66.7%, respectively. Conclusion: This study showed that the vitrification of human blastocysts using EM grid and artificial dehydration is an effective method. Therefore, these methods would be an useful techniques for blastocyst cryopreservation.

암모니아 재순환 침출공정을 이용한 볏짚의 전처리 (Pretreatment of Rice Straw by Using Ammonia Recycled Percolation Process)

  • 강춘형
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제47권1호
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    • pp.89-95
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    • 2009
  • 볏짚은 섬유소와 헤미셀루로우스의 함유량이 높아, 바이오에탄올 생산을 위한 잠재적 가치가 매우 높은 목질계 바이오매스 원료이다. 본 연구에서는 볏짚으로부터 바이오 에탄올 생산하기 위한 전처리 공정으로써 암모니아 재순환 침출 공정을 적용하였다. 특히 생성된 고형물의 조성과 효소 가수분해도에 전처리 공정의 온도와 반응시간 그리고 암모니아의 농도가 미치는 영향을 조사하였다. 실험을 행한 전처리 공정의 온도, 반응시간, 그리고 암모니아의 범위는 차례로 $150{\sim}190^{\circ}C$, 10~90 min 그리고 0~20 wt%이다. 전처리 공정을 통하여 약 84%의 리그닌과 20~80%의 헤미셀루로우스가 용해되었다. 또, 15 wt%의 암모니아 수용액을 이용하여 $170^{\circ}C$에서 90 min 동안 전처리한 고형 잔재물의 경우 15 FPU/g of glucan의 셀루라제 효소를 첨가하여 약 90%의 효소 가수분해도를 얻을 수 있었다. 셀루라제와 자일란나아제를 함께 사용하면 가수분해도가 현저하게 향상되였으며, 이는 헤미셀루로우스가 가수분해 과정에서 중요한 방해제 역할을 하고 있음을 보여주는 것이다. $150^{\circ}C$에서 20 min 동안 15%의 암모니아수로 전처리된 시료를 이용한 동시당화발효 실험과 동시당화공동발효 실험에서는 각각 13.8 g/L(초기 glucan을 기준으로 81%)와 15.2 g/L(초기 glucan과 xylan의 합을 기준으로 89%)의 에탄올이 생성되었다.

논에서 강우크기에 따른 질소와 인산의 유출 (Runoff loading of nitrogen and phosphorus with rainfall intensity from a paddy field)

  • 조재영;한강완;최창현
    • 한국환경농학회지
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    • 제18권2호
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    • pp.140-147
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    • 1999
  • 실제 농민들이 벼를 경작하는 상태에서 논에 시비된 비료성분 가운데 수계 환경에 영향을 미칠 수 있는 질소와 인산을 대상으로 강우크기에 따른 유출량과 유출특성에 대하여 조사하였다. 강우크기에 따른 질소와 인산의 유출특성 및 유출량을 비교한 결과, 동일한 강우크기 조건하에서도 질소와 인산의 유출량이 상당한 차이를 나타내고 있었다. 강우-유출 과정중 영양물질의 유출량은 강우크기가 절대적으로 영향을 미치겠지만 그 밖에 선행강우량 및 논물담수심과 같은 유출수문조건, 비료시비 및 영농여부, 비영농기간중 논토양 관리형태에 따라 유출량이 다르게 나타났다.

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지진특성 및 가옥의 노후도를 고려한 역사지진의 지진규모 추정 (Estmation of Magnitude of Historical Earthquakes Considering Earthquake Characteristics and Aging of a House)

  • 서정문;최인길
    • 한국지진공학회논문집
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    • 제2권4호
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    • pp.1-10
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    • 1998
  • 지진규모, 진앙거리, 지반조건 및 가옥의 노후도를 고려하여 역사지진의 규모를 추정하였다. 진진규모 6-8, 진앙거리 5 km-350km, 단단한 지반 및 연약 지반 특성을 갖는 18개의 인공지진파를 작성하여 우리 나라 전통 초가삼간에 대한 비선형 동적해석을 수행하였다. 가옥의 경년에 따른 노후도는 목조 프레임의 수평내력에 관한 이력특성이 선형적으로 감소하는 것으로가정하였다. 초가삼간을 1질점계의 1자유도 모델로 모델링하였으며, 비선형 이력특성은 개량형 Double-Targe모델을 이용하였다. 해석결과 원거리 지진에 대해서는 지진규모, 지반조건 및 노후도에 상관없이 매우 적은 피해를 보였다. 중거리 지진의 경우 연약지반에서 규모 6.5 이상의 지진시 반파 이상의 피해가 발생하였다. 근거리 지진의 경우 지반조건 및 노후도에 상관없이 규모 6.5 이상에서 반파 이상의 피해를 나타내었다. 우리 나라 역사지진의 규모는 약 6.2로 추정된다. 우리 나라에 적합한 지반가속도-진도의 경험식을 제안하였다.

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Development of New Vitrification Method for Preimplantation Mouse Embryo

  • Ha, A-Na;Fakruzzaman, Md.;Lee, Kyeong-Lim;Wang, Erdan;Lee, Jae-Ik;Min, Chan-Sik;Kong, Il-Keun
    • 한국수정란이식학회지
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    • 제28권2호
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    • pp.141-147
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    • 2013
  • The purpose of this study was attempted to new methods in mammalian embryos vitrification. This method was affected to increase of the embryo vitrification efficiency and it would be applied to the field of embryo transfer to recipient by modified loading method of embryo into 0.25 ml plastic straw. The frozen mouse embryos were carried out warmed from two different cell stages (8-cell and blastocyst, respectively) by attachment of an embryo in the vitrification straw (aV) method. All groups were cultured in M-16 medium to determine the development and survivability for 24 h, respectively. Results shown that, the survivability of two different groups were significantly different (94.8% vs. 70.9%). Total cell number was not significantly different the non-frozen blastocyst ($99.7{\pm}12.4$) compared to the post-thaw blastocyst ($94.8{\pm}15.1$). From the 8-cell embryo, total cell number of frozen blastocysts were significantly lower than others groups ($74.7{\pm}14.6$, p<0.05). In the case of cell death analysis, the blastocysts from non-frozen and frozen-thawed 8-cell group were not different ($0.0{\pm}0.0$ vs. $1.9{\pm}3.1$, p>0.05). However, the apoptotic nuclei of blastocyst were significantly observed the frozen-thawed group ($5.4{\pm}4.4$) compared to non-frozen group (p<0.05). Therefore, this new method of embryos using in-straw dilution and direct transfer into other species would be more simple procedure of embryo transfer rather than step-wise dilution method and cryopreservation vessels, so we can be applied in animal as well as human embryo cryopreservation in further.

소 체외수정란의 배반포기배의 OPS 대 GMP Vitrification의 비교 (Comparison of Open Pulled Straw (OPS) vs Glass Micropipette (GMP) Vitrification in IVP Bovine Blastocysts)

  • Kong, I.K.;Cho, S.G.
    • 한국가축번식학회지
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    • 제23권4호
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    • pp.313-321
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    • 1999
  • 본 연구는 체외생산된 배반포기배의 vitrification 을 위한 용기로서 glass micropipette(GMP)을 이용할 수 있는지, GMP 와 OPS 로 동결융해 후 생존율의 비교 및 GMP vitrification 후 hatching 율의 향상을 위하여 실시하였다. GMP vessel은 열전도율과 수정란을 포함하는 적은 질량 때문에 OPS 보다 동결 및 융해속도를 높일 수 있다. 3개의 체외수정란을 vitrification 용액에 노출시키고 OPS 또는 GMP vessel에 loading 시킨 후 액체질소에 침적하는데까지 20~25초 이내에 실시하였다. 동결ㆍ융해한 배반포기배는 0.25와 15 M sucrose solution 및 TCM 1999에 각각 5분씩 차례로 희석한 후 10% FCS가 첨가된 TCM 199에 24시간동안 배양하였다. OPS(75.9%)와 GMP(80.0%) 방법간의 re-expanding 율은 유의적 (P<0.05)인 차이가 없었다. OPS(34.1%)와 GMP(37.5%) 방법에서 hatching 율은 intact group(54.3%) 보다도 유의적 (P<0.05)으로 낮았다. 비록 GMP straw 당 3개 이하의 blastocysts 를 loading 하였더라도 narrow portion(83.3%) 보다도 wide portion(S6.7%)에서 vitrified 되었다면 re-expanding 율이 유의적 (P<0.05)으로 낮았다. 비록 30초 처리군과 무처리군 간에는 유의적인 차이가 없었지만 0.05% pronase 용액에 30, 60 및 90초간 처리군 (45.9, 54.7 및 57.5%)의 hatching 율은 무처리구 (35.0%) 보다 유의적 (P<0.05)으로 높았다. 이러한 결과들은 OPS와 GMP vitrification vessel은 체외생산된 배반포기배의 높은 생존율을 얻을 수 있다. 그러나 GMP vessel은 L$N_2$침적 후 vessel의 floating을 방지하기 위한 또 다른 cap 이 필요하지 않다는 유리한 점을 가지고 있다. 수정란의 loading 위치, 즉 narrow 또는 wide portion에 따라 소 체외 생산된 배반포기배의 생존력에 제한적인 요인으로 고려된다. 0.5% pronase 용액에 60 또는 90초간의 노출은 융해후 hatching 율을 향상시킬 수 있었다.

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A comparative study on defluoridation capabilities of biosorbents: Isotherm, kinetics, thermodynamics, cost estimation and regeneration study

  • Yihunu, Endashaw Workie;Yu, Haiyan;Junhe, Wen;Kai, Zhang;Teffera, Zebene Lakew;Weldegebrial, Brhane;Limin, Ma
    • Environmental Engineering Research
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    • 제25권3호
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    • pp.384-392
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    • 2020
  • The presence of high fluoride concentration (> 1.5 mg/L) in water causes serious health problems such as fluorosis, infertility, brain damage, etc., which are endemic to many places in the world. This study has investigated the fluoride removal capacity of the novel activated biochar (BTS) and hydrochar (HTS) using Teff (Eragrostis tef) straw as a precursor. Activated biochar with mesoporous structures and large specific surface area of 627.7 ㎡/g were prepared via pyrolysis process. Low-cost carbonaceous hydrochar were also synthesized by an acid assisted hydrothermal carbonization process. Results obtained from both adsorbents show that the best local maximum fluoride removal was achieved at pH 2, contact time 120 min and agitation speed 200 rpm. The thermodynamic studies proved that the adsorption process was spontaneous and exothermic in nature. Both adsorbents equilibrium data fitted to Langmuir isotherm. However, Freundlich isotherm fitted best for BTS. The maximum fluoride loading capacity of BTS and HTS was found to be 212 and 88.7 mg/g, respectively. The variation could primarily be attributed to a relatively larger Surface area for BTS. Hence, to treat fluoride contaminated water, BTS can be promising as an effective adsorbent.