높은 안전성과 견고한 기계적 특성을 가진 고체상 슈퍼커패시터는 차세대 에너지 저장 장치로서 세계적 관심을 끌고 있다. 슈퍼커패시터의 전극으로서 경제적인 탄소 기반 전극이 많이 사용되는데 수계 전해질을 도입하는 경우 소수성 표 면을 가진 탄소 기반 전극과의 계면 상호성이 좋지 않아 저항이 증가한다. 이와 관련하여 본 연구에서는 전극 표면에 산소 플라즈마 처리를 하여 친수화된 전극과 수계 전해질 사이의 향상된 계면 성질을 기반으로 더 높은 전기화학적 성능을 얻는 방법을 제시한다. 풍부해진 산소 작용기들로 인한 표면 친수화 효과는 접촉각 측정을 통해 확인하였으며, 전력과 지속시간을 조절함으로써 친수화 정도를 손쉽게 조절할 수 있음을 확인하였다. 수계 전해질로 PVA/H3PO4 고체상 고분자 전해질막을 사 용하였으며 프레싱하여 전극에 도입하였다. 15 W의 낮은 전력으로 5초간 산소 플라즈마 처리를 시행하는 것이 최적 조건이 었으며 슈퍼커패시터의 에너지 밀도가 약 8% 증가하였다.

The removal of organic carbon and nutrients (i.e. N and P) from wastewater is essential for the protection of the water environment. Especially, nitrogen compounds cause eutrophication in the water environment, resulting in bad water quality. Conventional nitrogen removal systems require high aeration costs and additional organic carbon. Microbial electrochemical system (MES) is a sustainable environmental system that treats wastewater and produces energy or valuable chemicals by using microbial electrochemical reaction. Innovative and cost-effective nitrogen removal is feasible by using MESs and increasing attention has been given to the MES development. In this review, recent trends of MESs for nitrogen removal and their mechanism were conclusively reviewed and future research outlooks were also introduced.

전기화학적 처리를 통해 합성폐수 내의 질산성 질소, 인을 제거하는 새로운 폐수처리 공정 시스템 개발을 위한 연구를 수행하였다. 전류밀도에 따른 제거율은 전류밀도가 높아질수록 질산성 질소의 높은 제거효율을 얻었고, 전극 스위칭시간에 따른 N03-제거율은 스위칭 간격이 1 min일 때 높은 질산성 질소 제거효율을 얻었다. 전류밀도에 따른 총인 제거율은 전류밀도와 간격의 변화에 크게 영향을 받지 않으면서 90%이상 처리되는 것으로 나타났고, 스위칭시간(1 min간격)의 증가에 따른 총인 제거율은 증가 한 것으로 나타났다. 반면 COD의 경우는 전기화학적 처리를 통해서는 처리되지 않는 것으로 나타났으며 오히려 전극이 용출되면서 증가하는 결과를 얻었다. 또한, 전극의 소모율은 스위칭 간격이 짧을수록 적은 것으로 나타났다. 최종적으로 전기화학적 처리(전류밀도 50 mA/cm2, 스위칭 간격 1 min, 유량 540 mL/min)를 통해 질소 98.1%, 인 90% 이상의 제거 효율을 얻을 수 있었다.

Volatile organic compounds(VOCs) are toxic carcinogenic compounds found in wastewater. VOCs require rapid removal because they are easily volatilized during wastewater treatment. Electrochemical advanced oxidation processes(EAOPs) are considered efficient for VOC removal, based on their fast and versatile anodic electrochemical oxidation of pollutants. Many studies have reported the efficiency of removal of various types of pollutants using different anodes, but few studies have examined volatilization of VOCs during EAOPs. This study examined the removal efficiency for VOCs (chloroform, benzene, trichloroethylene and toluene) by oxidization and volatilization under a static stirred, aerated condition and an EAOP to compare the volatility of each compound. The removal efficiency of the optimum anode was determined by comparing the smallest volatilization ratio and the largest oxidization ratio for four different dimensionally stable anodes(DSA): Pt/Ti, IrO2/Ti, IrO2/Ti, and IrO2-Ru-Pd/Ti. EAOP was operated under same current density (25 mA/cm2) and electrolyte concentration (0.05 M, as NaCl). The high volatility of the VOCs resulted in removal of more than 90% within 30 min under aerated conditions. For EAOP, the IrO2-Ru/Ti anode exhibited the highest VOC removal efficiency, at over 98% in 1 h, and the lowest VOC volatilization (less than 5%). Chloroform was the most recalcitrant VOC due to its high volatility and chemical stability, but it was oxidized 99.2% by IrO2-Ru/Ti, 90.2% by IrO2-Ru-Pd/Ti, 78% by IrO2/Ti, and 75.4% by Pt/Ti anodes The oxidation and volatilization ratios of the VOCs indicate that the IrO2-Ru/Ti anode has superior electrochemical properties for VOC treatment due to its rapid oxidation process and its prevention of bubbling and volatilization of VOCs.

Indirect oxidation using chlorine species oxidizing agents is often effective in wastewater treatment using an electrochemical oxidation process. When chlorine ions are contained in the wastewater, oxidizing agents of various chlorine species are produced during electrolysis. In a ballast water management system, it is also used to treat ballast water by electrolyzing seawater to produce a chlorine species oxidizer. However, ballast water in the brackish zone and some wastewater has a low chlorine ion concentration. Therefore, it is necessary to study the chlorine generation current efficiency at various chlorine concentration conditions. In this study, the chlorine generating current efficiency of a boron-doped diamond(BDD) electrode and insoluble electrodes are compared with various chloride ion concentrations. The results of this study show that the current efficiency of the BDD electrode is better than that of the insoluble electrodes. The chlorine generation current efficiency is better in the order of BDD, MMO(mixed metal oxide), Ti/RuO2, and Ti/IrO2 electrodes. In particular, when the concentration of sodium chloride is 10 g/L or less, the current efficiency of the BDD electrode is excellent.

합성폐수 내의 유기물(COD), 질산성 질소, 인산이온을 제거하기 위한 폐수처리 시스템 개 발을 위한 연구를 수행하였다. 먼저 COD는 HClO의 산화 반응에 의해 거의 100 % 제거되었으며 전기 화학적 처리에 의해 질산성 질소가 암모니아성 질소로 환원되지만, 암모니아성 질소는 HClO 처리에 의 해 질산성 질소로 재 산화 되었다. 암모니아성 질소는 가열 증발 처리에 의하여 거의 100% 제거 되었 으며 HClO 처리를 하여도 재 산화되는 암모니아성 질소는 나타나지 않았다. 인산 이온은 pH에 따라 금속 착염을 형성함으로써 침전 처리에 의해 제거할 수 있었으며 전기화학적 처리와 HClO 처리를 통 하여 COD 99.5 % 이상, 질소 97.3 %, 인 91.5 %의 제거 효율을 얻을 수 있었다.

The pickling brine generated from the salting process of kimchi production is difficult to treat biologically due to very high content of salt. When pickling brine is treated and discharged, it cannot satisfy the criteria for effluent water quality in clean areas, while resources such as the salt to be recycled and the industrial water are wasted. However, sterilization by ozone, UV and photocatalyst is expensive installation costs and operating costs when considering the small kimchi manufacturers. Therefore there is a need to develop economical process. The study was conducted on the sterilization efficiency of the pickling brine using electrochemical processing. The electrochemical treatment of organic matters has advantages over conventional methods such as active carbon absorption process, chemical oxidation, and biological treatment because the response speed is faster and it does not require expensive, harmful oxidizing agents. This study were performed to examine the possibility of electrochemical treatment for the efficient processing of pickling brine and evaluated the performance of residual chlorine for the microbial sterilization.

Commercial activated-carbon used as the electrode material of an electric double-layer capacitor (EDLC) was posttreated with various acids and alkalis to increase its capacitance. The carbon samples prepared were then heat-treated in order to control the amount of acidic functional groups formed by the acid treatments. Coin-type EDLC cells with two symmetric carbon electrodes were assembled using the prepared carbon materials and an organic electrolyte. The electrochemical performance of the EDLC was measured by galvanostatic charge-discharge, cyclic voltammetry, and electrochemical impedance spectroscopy. Among the various activated carbons, the carbon electrodes (CSsb800) prepared by the treatments of coconutshell-based carbon activated with NaOH and H3BO5, and then heat treated at 800˚C under a flow of nitrogen gas, showed relatively good electrochemical performance. Although the specific-surface-area of the carbon-electrode material (1,096m2/g) was less than that of pristine activated-carbon (1,122m2/g), the meso-pore volume increased after the combined chemical and heat treatments. The specific capacitance of the EDLC increased from 59.6 to 74.8 F/g (26%) after those post treatments. The equivalent series resistance of EDLC using CSsb800 as electrode was much lower than that of EDLC using pristine activated carbon. Therefore, CSsb800 exhibited superior electrochemical performance at high scan rates due to its low internal resistance.

Pulsed electronic field(PEF) 처리에 의한 우유 단백질과 물리화학적 특성의 변화를 확인하기 위하여 원유, 탈지유, HTST, LTLT, UHT 우유를 PEF 처리하였다. 시료 중의 단백질을 SDS-PAGE로 확인하였을 때, PEF 처리에 의한 우유 단백질의 변성은 관찰할 수 없었다. Differential scanning calorimetry(DSC)로 우유 단백질의 열변성 정점 온도(Td)를 분석한 결과, 탈지유를 65oC에서 PEF 처리하였을 때 Td가 87.66oC에서 97.18oC로 증가하여 PEF 처리가 우유 단백질의 변성에 영향을 미치는 것을 확인하였다. PEF 처리에 의한 alkaline phosphatase, protease, lactoperoxidase의 잔존효소활성을 측정한 결과, 원유와 탈지유에서 alkalinephosphatase는 PEF 처리에 의해 효소활성이 감소하였다. 또한 protease와 lactoperoxidase의 활성은 PEF 처리에 의해 영향을 받지 않았다. 65oC에서 PEF 처리한 원유는 처리하지 않은 원유보다 높은 갈색도를 나타내었으나, 기타 우유는 PEF에 의한 유의적인 차이가 없었다. 우유를 PEF 처리하였을 경우 산도의 변화는 관찰되지 않았고 pH의 경우에도 PEF 처리 여부에 따라 유의적인 차이는 있었으나 크게 변화하지는 않았다.

전해정련을 이용한 폐 피복관 처리의 타당성을 살펴보기 위하여, 500℃의 LiCl-KCl 용융염 내에서 표면이 산화된 10 g 규모의Zircaloy-4 피복관 및 순수한 Zircaloy-4 피복관의 전기화학적 거동을 살펴보았다. 산화된 Zircaloy-4 피복관이 담긴 basket을 작업전극으로하여 전압-전류 관계를 측정한 결과, 산화되지 않은 Zircaloy-4 피복관과 비교해 Zr의 산화 peak는 Ag/AgCl 기준전극 대비, 약 -0.7 V ~ -0.8 V로 유사한 반면, 산화 전류의 크기는 확연하게 감소하는 것으로 나타난다. 이러한 결과는 -0.78V의 일정전위를 가한 전기화학적 용해 실험에서 살펴본 전류-시간 곡선에서도 유사하게 나타나며, 피복관 조각들의 평균 두께 및 무게 변화로부터 확인할 수 있다. Zircaloy-4 피복관이 산화되었을 경우, 표면의 산화막이 피복관의 전도성에 영향을 주어 basket 내 위치에 따라 전기화학적 용해의 균일성 및 속도를 떨어뜨리는 것으로 나타나지만, 표면의 미세한 결함과 Zr 산화물의 상 특성으로 인해 전기화학적 용해가 진행되는 것으로 판단된다.

Plasma electrolytic oxidation (PEO) treatment was performed on cast Mg-6 wt%Al alloy solution-treated at 693K for 16h and aged at 498K. The surface roughness, thickness, micro-hardness, wear and corrosion properties of coatings on solution-treated and aged Mg-6 wt%Al alloy were investigated. The coatings on aged Mg-6 wt%Al alloy had thinner layer and lower micro-hardness and wear resistance than the solution-treated Mg-6 wt%Al alloy. As the aging time increased, the thickness of coatings decreased while the surface roughness was almost no changed. In addition, the micro-hardness and wear property of coatings decreased with increasing the aging time unlike the uncoated Mg-6 wt%Al alloy showing the peak micro-hardness and the best wear property after aging for 16 h. However, the coatings on Mg-6 wt%Al alloy peak-aged for 16h revealed the best corrosion resistance in 3.5% NaCl solution, which was explained based on the microstructural characteristics.

The electrochemical oxidation of p-methoxyphenol and hydroquinone for wastewater treatment application was investigated on platinum anode. At the cyclic voltammetry, it was observed that nagative shift of peak potential of p-methoxyphenol and hydroqinone as the pH of electrolytes increases and the peak current showed higher at strong electrolytes than weak electrolytes. In the case of p-methoxyphenol, the optimum electrode potential of controlled potential electrolysis was observed at the potential region of 0.8-1.0 (V vs. SCE) and hydroquinone was showed at the potential of l.0(V vs. SCE). Specially the oxidation rate of p-methoxyphenol and hydroquinone was showed high value in the acid electrolytes.

석탄은 탄화정도에 따라 고품질의 무연탄 및 역청탄(Hard coal)과 아역청탄과 갈탄(Brown coal)으로 크게 분류한다. 무연탄은 고정탄소 함량(85~95%)과 발열량이 높고 수분함량이 낮아 화력발전소 및 연탄 재료로 활용된다. 하지만 저품위 석탄은 발열량이 4,000~6,000kcal/kg으로 낮고, 수분 함량이 30~70%로 높으며, 산소 관능기가 함유된 탄화수소가 높으므로 자연발화 위험성이 높은 등 많은 단점들 때문에 전체 석탄매장량 중 약 절반가량(45%)이나 되지만 상당량이 채굴되지 않고 남아있다(2007, 세계에너지 위원회). 본 연구에서는 풍부한 매장량을 가진 갈탄 등의 고 수분 저급석탄으로부터 바이오메탄을 생산하고자 생물학적 분해효율을 증가시키기 위하여 펜톤산화 및 고전압펄스(High voltage electrical pulses) 전처리를 수행하였다. 실험을 위하여 호주산 갈탄, 캐나다산 갈탄, 러시아산 이탄을 이용하였으며, 펜톤산화 전처리는 석탄을 1mm이하의 입자로 분쇄하여 H2O2/Fe2+비를 75%, 30, 15, 10, 7.5%로 주입하여 120rpm에서 Jar-Tester로 1시간 반응시켰다. 고전압전기충격 전처리는 펜톤산화 전처리실험 조건과 동일하게 시료를 준비하여 고전압 펄스장치를 이용하여 출력전압 40kV에서 15분간 처리하였다. 전처리를 끝낸 시료는 용액의 SCOD와 석탄의 처리 전, 후의 표면분석과 화학조성 변화를 관찰하기 위하여 적외선 흡수 스펙트럼분석(FT-IR)을 수행하였다. 펜톤산화 처리 후 용액의 SCOD농도변화와 SEM촬영 및 FT-IR 분석결과, 전처리 후의 석탄은 바이오메탄 전환율이 높아질 수 있을 것으로 평가되었다.

상향류식 혐기성 생물전기화학 반응조(upflow anaerobic bioelectrochemical reactor, UABE)를 이용하여 주정폐수를 유기물부하율 16 g COD/L.d에서 처리하는 동안 pH, 알카리도, 유기산 등의 상태변수들의 변화와 COD 제거율, 비메탄발생량 및 메탄함량에 대한 전극배치의 영향을 평가하였으며, 그 성능을 UASB 반응조와 비교하였다. 면적이 27 m²/m³인 전극을 나선형으로 UABE 반응조 전체 공간에 고르게 배치하였을 때 비메탄발생율은 5.78 L/L.d로서, 전극을 설치하지 않은 UASB 반응조의 3.49 L/L.d보다 약 65.6%로 높았다. 이것은 UABE 반응조에 전기활성미생물이 성장하여 직접 종간전자전달(direct interspecies electron transfer, DIET) 반응이 활성화됨으로서 메탄생성반응이 크게 향상되었다는 것을 의미한다. UABE 반응조의 상부 1/3의 공간에 위치한 전극을 제거하였을 때, 비메탄발생율은 5.74 L/L.d로서 반응조 전체 공간에 전극을 설치한 경우와 큰 차이가 없으나, UABE 반응조 상부 2/3 공간에 설치한 전극을 제거한 경우 비메탄발생율은 5.34 L/L.d로 약 7.5% 감소하였다. 이 결과는 UABE 반응조에서 전극을 하부 1/3의 공간에만 설치한 경우 전기활성미생물도 감소하여 DIET 반응도 감소하였다는 것을 의미한다. 전극을 UABE 반응조 하부로부터 2/3 이상의 공간까지 설치하였을 때 COD 제거율은 약 91.5%이었으나 반응조 하부로부터 1/3의 공간에만 설치한 경우 COD 제거율은 88.9%로 약 2.6%로 감소하였다.

1900년대 초부터 금속 가공 장비의 수명 연장 및 가공물의 품질 향상을 위해 금속 가공 공정에 절삭유가 이용되어 왔다. 금속 가공 특성에 따라 절삭효율 향상을 위해 각종 첨가제를 포함시켜 여러 종류의 절삭유가 제조되고 있으며, 일반적으로 수용성과 비수용성으로 분류된다. 비수용성 절삭유의 경우, 폐유처리과정에서 유독성 물질 발생, 발연･발화 등의 문제로 수용성 절삭유의 사용이 점차 증가해 왔으며, 국내에서 이용되는 절삭유의 60% 이상이 수용성 절삭유이다. 사용된 수용성 절삭유는 비수용성 절삭유와 같이 소각처리 하기에는 비용이 크며, 수계로 유출시 COD 약 30,000~100,000ppm의 고농도 유기성분에 의해 인근 수계를 오염시킬 수 있으므로 각별한 처리가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 Ti-IrO2전극을 이용하여 NaCl 첨가, 인가전압 변화를 통해 수용성 절삭유 내 오염물질의 전기화학적 처리에 미치는 영향을 검토하고, 수용성 절삭유의 전기화학적 처리에 대한 기초자료를 제공하고자 한다. 시료는 U사의 W1-1종 수용성 절삭유를 이용하였으며 증류수와 혼합하여 5% 농도의 인공 시료를 제조하였다. 시료의 특성은 Table 1, 실험 조건은 Table 2에 나타내었다.

Recently, Advanced water treatment facilities with Ozone are being introduced domestically. However, waterproofing/corrosion prevention construction method of concrete structure for existing advanced water treatment makes waterproofing/corrosion prevention materials and concrete deteriorated because of strong oxidation of ozone. Therefore, in this study, As a one of studies for improving durability of advanced water treatment plant applied by metal spray system, electrochemical corrosion protection of metal spraying film according to surface treatment in pH 5 acid solution which is similar to pH concentration in real ozone treatment was evaluated..

혐기성소화기술은 지난 백여년 이상동안 많은 연구자들에 의하여 연구되어 온 전통기술로서 최근 지구온난화 문제가 전 세계적인 이슈로 부상하면서 새롭게 조명 받고 있다. 그러나, 혐기성소화기술은 여전히 메탄생성균의 느린 성장속도와 환경인자에 대한 민감성에 기인하여 20일 이상의 긴 체류시간을 필요로 하고 유기물감량율이 낮으며, 운전조건이 까다롭다는 단점을 지니고 있다. 최근 들어 환경생물전기화학자들에 의해 연구되기 시작한 생물전기화학기술(Bioelectrochemical technology)을 혐기성소화공정에 활용하면 메탄생성반응과 가수분해반응을 크게 촉진시킬 수 있어 전통적인 혐기성소화기술의 단점들이 상당 부분 극복할 수 있다. 혐기성소화공정에 활용하는 생물전기화학기술은 소화조 내에 설치하는 산화전극과 환원전극으로 이루어지며, 외부회로에 의하여 서로 연결된 산화전극과 환원전극 사이에 외부전원을 이용하여 전압을 인가하여 일정한 전위차가 유지되도록 한 미생물전해전지(Microbial electrolysis cells, MECs)의 형태이다. 혐기성소화조에서 전기적으로 활성을 가진 미생물들은 유기물이나 유기산을 빠른 속도로 분해하여 전자와 양성자를 생성하며, 전자는 산화전극으로 전달된 뒤 외부회로를 통하여 환원전극으로 이동한다. 환원전극의 표면에서는 전자와 양성자 또는 전자와 양성자 및 이산화탄소가 반응하여 수소나 메탄과 같은 바이오가스가 생성된다. 본 연구에서는 완전혼합형 혐기성소화조에 생물전기화학장치가 설치된 반응조 (Bioelectrochemical anaerobic digestion, BEAD)을 이용하여 수리학적 체류시간에 따른 PTA 폐수의 처리특성을 평가하였다. PTA (purified terephthalic acid) 폐수는 A 산업에서 채취한 것으로서 COD 값이 약 6,000-8,000mg/L였으며, 주요 구성성분은 terephthalic acid, p-toluic acid, benzoic acid, acetic acid 등이었으며, pH는 5-6이었다. 먼저, 실험에 사용한 산화전극 및 환원전극은 흑연직물 섬유의 표면에 탄소나노튜브를 초음파분산법으로 고정하여 제작하였다. 교반기가 설치된 유효부피 15L의 원통형 혐기성 소화조에 산화전극과 환원전극을 각각 설치하였으며, 산화전극과 환원전극 사이에 0.3V의 전압을 인가하였다. 하수슬러지를 이용하여 운전 중인 생물전기화학장치가 설치된 혐기성소화조에서 유출 슬러지를 초기 운전을 위한 식종균으로 사용하였으며, PTA 폐수를 1일 1회 정량 주입하여 수리학적 체류시간을 20일로 유지하였다. 소화조가 안정화되었을 때 수리학적 체류시간을 단계적으로 10일, 5일, 2.5일 그리고 1.25일 까지 변화시키면서 총 바이오가스발생량 및 메탄함량, COD 제거율과 전류의 변화 등을 관측하였다. 생물전기화학장치가 설치된 혐기성소화조의 COD 감량율은 수리학적 체류시간에 관계없이 약 60%로서 보였으며, 바이오가스의 메탄함량(%)은 80% 이상을 유지하였다. 그러나, 메탄발생량은 수리학적 체류시간의 감소에 따른 유기물 부하율 증가에 비례하여 증가하였다. 그러나, 외부회로의 전류와 메탄가스 발생량으로부터 계산한 쿨롱효율은 수리학적 체류시간이 감소에 따라 오히려 증가하였다. COD 제거율, 바이오가스의 메탄함량 및 메탄가스발생량으로 평가한 생물전기화학장치가 설치된 혐기성소화공정의 안정성은 수리학적 체류시간 20일부터 1.25일의 범위에서 영향을 받지 않았다.

In this study, we examined the effect of cathode from electrolysis reactor for treating ballast water. We are going to select a suitable cathode for seawater electrolysis after considering the effect on the generation of the oxidant of cathode and the electrode deposition materials adhering to the surface of cathode. Anode is Ru-Ti-Pd electrode and cathode are Ti, Pt, JP520 (Ni-Pt-Ce) electrodes. Using the cathode of the three types, experiments were conducted to examine the effects of TRO (total residual oxidants) generation concentration and RNO (N, N-Dimethyl-4-nitrosoaniline, indicator of the generation of OH radical) degradation concentration (in 1, 35 psu), ohmic drop, FESEM(field emission scanning electron microscope) observation of cathode surface and EDX (energy dispersive X-ray spectroscopy) measurements of attached fouling material. The results showed that TRO generation concentration and RNO degradation concentration in according to each type of cathode are not different. The attached fouling materials were observed on the surface of Ti and the JP520 electrode by the observation of SEM after electrolysis for two hours, but it was not observed on the surface of Pt electrode. When considering the surface ohmic drop of cathode and the attached fouling materials, Pt electrode was judged as the excellent cathode.

The present study, a modified electrochemical treatment was applied to concrete to mitigate the leaching of alkali ions from concrete. The current ranged 500 mA/m2 and duration was 2weeks. Electrochemical treatment applied in concrete quantity of alkali ions leaching and the limit depth of concrete were decreased, through electrochemical treatment is very high inhibitory effect of the alkali ion is determined leaching.