본 연구는 국내산 버찌가 수입산인 아로니아와 마키베리의 일반성분과 항산화 활성에 차이가 있는지 비교함으로써 새로운 식품소재 개발에 도움을 주고자 본 연구를 실시하였다. 버찌는 수분이 6.71%, 조단백질이 4.61% 및 조회분이 5.33%로 나타나 아로니아와 마키베리보다 높은 함량을 보였으며, 조지방 함량의 경우 버찌는 1.46%로 가장 낮은 함량을 보였다. 또한, 100 g당 철의 함량은 버찌에서 0.96 mg으로 다른 베리류에 비해 유의하게 높았다. 총 플라보노이드의 함량은 탈 이온수 추출물의 경우 아로니아와 마키베리에 비해 버찌에 2.07 QE mg/g으로 가장 높았으며, 버찌의 FRAP 환원력(156.50 TEAC μmol/g)은 탈 이온수 추출물의 경우 아로니아(121.72 TEAC μmol/g)에 비해 높은 수치를 보였다. 버찌의 탈 이온수 추출물의 경우 ABTS 라디칼 소거활성은 아로니아에 비해 높았다. 또한, ABTS 라디칼 소거활성과 DPPH 라디칼 소거활성의 EC50 value는 버찌의 에탄올 추출물과 탈 이온수 추출물이 아로니아와 마키베리에 비하여 대단히 높은 ABTS 소거활성과 DPPH 소거활성을 나타내었다는 것을 알 수 있었다. 따라서 본 연구 결과를 종합해 보면, 버찌는 우리나라 전역에서 쉽게 채취할 수 있고, 가격이 저렴하며, 항산화 활성과 철 함량이 아로니아나 마키베리에 뒤쳐지지 않는다. 따라서 국내산 버찌를 기능성 식품의 재료로 활용하는 다양한 제품생산의 방안을 구축하는 것이 중요하다고 사료된다.

막결합 축전식 탈염에 적용하기 위하여 불균질 이온교환막을 제조하였다. 이온교환수지 분말과 LLDPE (linear low density polyethylene) 혼합물을 압착시켜 불균질 이온교환막을 제조하였다. 제조한 막의 막 특성 분석과 MCDI 탈염실험 을 실시하였다. 이온교환수지의 함량이 증가할수록 막의 전기저항은 감소하였고 함수율은 증가하였다. 그러나 막의 이온선택 성을 나타내는 이온 수송수는 상업용 균질 막과 유사한 성능을 나타냈다. MCDI 탈염실험 결과 탈염량은 불균질 막의 높은 전기저항으로 인해 균질 막을 이용한 셀의 탈염량의 90% 수준을 나타냈다. 불균질 이온교환막은 균질 막에 비해 탈염성능은 다소 감소하였지만 제조가 간편하고 가격이 저렴하여 MCDI에 적용이 가능할 것으로 판단되었다.

탄소전극과 이온교환막을 결합한 축전식 탈염(CDI)을 이용하여 셀 구조와 셀 전위에 따른 구리 이온의 제거 특성을 연구하였다. 탄소전극과 이온교환막의 결 합 방식에 따라 4종류의 셀에 대해 실험한 결과 양이온, 음이온교환막을 결합한 셀(MCDI)에서 구리 이온의 제거율과 전하효율이 가장 높은 것으로 나타났다. 셀 전위에 따른 영향을 분석한 결과 0.6 V 이하에서는 전기이중층에 의한 전기 흡착(electrosoprtion)에 의해, 그리고 0.6 V 이상에서는 구리 이온의 전착 (electrodepostion)반응에 의해 구리 이온이 제거됨을 확인하였다. 또한 1.2 V 이상에서는 물이 전기분해되어 전하효율이 감소하였다. MCDI 셀의 운전결과 전하효율은 80% 정도로 구리 이온을 포함한 중금속 이온을 제거하는데 효과적인 것으로 판단되었다.

탄소전극과 이온교환막을 결합한 막결합 축전식 탈염(MCDI) 셀을 이용하여 환원전위가 다른 Na+과 Cu2+ 이온 혼합용액에서 Cu2+ 이온의 제거 특성을 연구 하였다. MCDI 셀에 일정한 전류밀도(1.5 mA/cm2)를 공급하면서 탈염을 실시한 결과 Cu2+ 이온은 일정한 제거속도를 유지하였지만 Na+ 이온의 제거량은 시간에 따라 감소하였다. 이는 Cu2+ 이온은 전착반응에 의해, Na+ 이온은 전기흡착 반응에 의해 제거되기 때문인 것으로 판단된다. Cu2+ 이온의 당량비가 0.14, 0.38, 0.50인 혼합용액을 탈염한 결과 제거된 이온 중 Cu2+ 이온의 당량비는 각 각 0.27, 0.60, 0.79로 나타났다. 이를 통해 Cu2+ 이온의 전착반응에 의해 혼합용 액에서 Cu2+ 이온의 제거율을 증가시킬 수 있음을 알 수 있었다.

본 연구에서는 역삼투(RO)와 축전식 탈염(CDI)을 이용하여 수돗물로부터 초순 수의 제조 가능성을 살펴보았다. 수돗물의 pH를 조정하여 RO 모듈에 통과시킨 후 RO 처리수를 곧바로 CDI 단위 셀에 공급하여 처리수의 비저항을 측정하였 다. 수돗물의 pH를 4.5-10.0 범위로 조절한 후 RO 모듈에 공급한 결과 pH 8.9 에서 94.6%의 염 제거율을 나타냈다. 또한 pH가 7.2, 8.5, 9.0인 유입수를 RO-MCDI 시스템에서 탈염한 결과 처리수는 각각 0.73, 3.2, 10.0 MΩ⋅cm의 비저항을 나타냈다. 도출된 운전조건을 바탕으로 RO-MCDI 시스템의 장기운전 에 따른 안정성을 검토하였다. 흡착과 탈착과정을 30회 반복하는 동안 안정적으로 10 MΩ⋅cm의 초순수를 제조할 수 있었다.

이온교환막의 전압-전류곡선의 plateau length를 결정하는 변수를 다양한 NaCl 농도와 유속 하에서 연구하였다. 또한, 한계전류밀도 이상의 전류에서 전기투석공정 운전의 타당성을 검토하기 위해 다양한 전류밀도의 전원을 공급하면서 0.1 M NaCl 용액의 탈염실험을 실시하여 이온의 제거효율, 전류효율, 에너지소비량, 물 분해 현상을 측정하였다. NaCl 용액의 농도와 유속이 감소하면서 확산경계층의 두께도 함께 감소하였으며, 본 확산경계층의 두께는 plateau length와도 밀접한 관련이 있는 것으로 나타났다. 탈염실험에서 측정된 이온 제거 효율 및 전류효율은 한계전류밀도 이상에서도 한계전류밀도 이하에서의 탈염실험과 크게 차이 나지 않은 것으로 보아 한계전류밀도 이상에서도 대부분의 전류는 이온교환막 표면의 물분해에 의한 것이 아니라 막을 통한 이온의 이동에 의한 것으로 사료된다. 한계전류밀도 이상에서의 탈염운전에 대한 에너지소비량은 plateau length의 영향으로 한계전류밀도 이하에서의 탈염운전 보다 다소 높지만, 한계전류밀도 이상에서는 전류밀도의 증가에도 에너지소비량이 증가하지 않았다. 이러한 결과들은 물분해 현상이 심각하게 일어나지 않는 한 한계전류밀도 이상에서도 매우 경제적으로 전기투석 공정을 운전찬 수 있다는 것을 제시해 주는 것이다.

전기투석은 이온성 물질을 분리하고 농축하는데 안정하고 효과적인 공정으로 알려져 있다. 그러나 전기투석 공정은 고가의 이온교환막 때문에 실제 공정에 적용하는데 많은 제한을 받아오고 있다. 따라서 전기 투석공정의 운전 전류밀도를 가능한 높게 공급함으로써 이온교환막의 단면적당 flux를 증가시켜 주어야 한다. 그러나 실제 공정의 운전에 있어서 운전 전류밀도는 이온교환막 표면에서의 농도분극 현상으로 제한을 받게 된다. 본 총설에서는 이온교환막을 통한 이온의 이동현상을 설명하고 전류-전압 곡선을 이용한 막특성 분석을 소개하였다. 또한 한계전류밀도 전후의 전류 영역에서 농도분극 현상과 동반하는 전기대류(Electroconvection), 물 분해 현상 등에 대한 최근 연구결과를 정리하였다.