해마다 증가하는 폐타이어의 발생 및 그에 따른 처리 문제가 대두되는 현 상황에서 폐타이어의 재생에너지화 기술개발 중요성이 날로 증대되고 있다. 특히, 국내에서 폐타이어 처리는 시멘트 킬른 및 단순소각에 의한 열원으로의 이용이 대부분을 차지하는데 이는 연소 시 발생되는 오염물질로 인한 2차 환경오염 또한 야기하는 문제이므로 폐타이어의 안정적인 처리를 통한 재생에너지원으로서의 경제성 향상 및 환경오염 저감 등의 해결책에 관한 기술개발 필요성이 촉구되고 있다. 폐타이어를 자원화하기 위한 열적처리 기술 중 열분해 공정은 무산소의 조건에서 500℃ 정도 온도 조건으로 간접 가열하여 1~2초 이내로 반응시킨 후 고분자 물질을 분해하여 연료로 변환하는 공정으로서 연소 반응과는 달리 오염물질이 발생하지 않는 친환경적인 처리 기술이며, 공정을 통하여 생산되는 열분해오일, 카본블랙, 철심 등과 같은 유용자원의 회수는 부가가치의 창출을 통하여 경제성 향상에 이바지 할 수 있는 이점을 가지고 있다. 따라서 본 연구에서는 폐타이어의 다양한 급속열분해 운전 조건을 통하여 재생에너지화 연구를 수행하였다. 실험에는 유동층 반응기에 비하여 시료와 유동매질 간 열 및 물질전달 속도가 높고, 비교적 큰 입자도 열분해 가능하며, 내부에 분산판이 없어 압력강하량이 적은 장점을 지닌 원뿔형 분사층 반응기를 사용하였다. 폐타이어 급속열분해 실험은 반응온도와 질소유량 및 시료의 투입속도 등 여러 인자를 변수로 두어 진행하였으며, 실험을 통하여 조건별로 생산된 열분해오일 및 카본블랙의 물리-화학적 특성을 분석하여 폐타이어의 급속열분해 반응 특성을 고찰하였다. 특히, 열분해 오일은 재생에너지원으로서 연료로서의 가치가 있는지에 대하여 알아보고자 하였다.

폐시멘트, 폐콘크리트, 제강 슬래그, 폐수 등을 포함하여 다양한 폐기물들이 여러 산업으로부터 배출되고 있다. 그런데 이러한 폐기물들은 Mg2+ 이온, Ca2+ 이온을 다량 포함하고 있다고 알려져 있다. 폐기물 처리 시 이러한 금속 이온을 활용한다면 MgCO3, CaCO3 등 다른 유용한 물질로 전환시킬 수 있다. 이를 위해 지구온난화를 일으키는 주요 원인으로 알려진 이산화탄소를 사용할 수 있고, 이는 이산화탄소 저감 및 폐기물 처리를 동시에 해결할 수 있을 것으로 보인다. 본 연구에서는 CO2의 용이한 전달을 돕기 위한 습식 흡수제에 대해 제안하고 Henry constant, Diffusivity, 총괄반응속도상수(kov)를 측정하였다. 흡수제는 7 wt% 암모니아, 3 wt% ʟ-Arginine, 1 wt% 부식방지제(Imidazole과 1,2,3-Benzotriazole)를 물에 녹여 제조하였다. 암모니아는 기존에 습식흡수제로 사용되던 MEA보다 저렴한 가격을 가지고 있으며 CO2 흡수 능력 또한 우수하다고 알려져 있다. 최근 아미노산은 우수한 CO2 흡수능력과 친환경적인 특성으로 많은 연구가 진행되고 있으며 두 종류의 부식방지제는 암모니아에 의해 발생할 수 있는 플랜트 장비의 부식을 방지하기 위해 첨가되었다. 303.15 K에서 333.15 K의 온도에서 실험이 진행되었으며 실험 결과와 CO2/N2O analogy를 이용해 각 값을 계산하였다.

Converting biomass to biocrude oil has been extensively studied worldwide as a renewable energy technology and a solution to global warming caused by overuse of fossil fuels because it is a carbon neutral fuel that originates from biomass and, thus, could help prevent climate change. Fast pyrolysis is an effective technology for producing biocrude-oil, and woody biomass is usually used as feedstock. Although many studies have been performed with this feedstock, high production cost and low higher heating value (HHV) have frequently reported as challenging barriers to commercialization. Thus, coffee ground residue was selected as an alternative feedstock to overcome this barrier due to its higher HHV than other biomasses, as well as an expected improvement in the recycling rate of organic waste from many coffee shops. A kinetic study on the thermal decomposition reaction of ground coffee residue was carried out previously to investigate pyrolysis characteristics by thermogravimetric analysis, and its kinetic parameters were studied using two calculation models. A bubbling-fluidized-bed reactor was used for fast pyrolysis and the yield and characteristics of the biocrudeoil from ground coffee residue were investigated at reaction temperatures of 400-600°C. The activation energy of the decomposition reaction was calculated separately to be 41.57 kJ/mol and 44.01-350.20 kJ/mol with the above two methods. The highest biocrude-oil content was about 51.7wt% at 550°C.

Since sewage sludge has low heating value as an energy source, it is desirable that sewage sludge is mixed with woody waste to enhance energy potential. Among thermal methods for waste to energy, carbonization process is used in this study. In order to estimate reaction kinetics for carbonization process using mixture of woody waste and sewage sludge, the content of sewage sludge is varied from 10 ~ 30% in mixture of woody waste and sewage sludge in carbonization process. Carbonization time is changed from 10 min to 50 min and carbonization temperature is varied from 250oC to 350oC. The carbonization process for mixture of woody waste and sewage sludge was optimized at carbonization temperature of 300oC for 20 min, 20% of sewage sludge content. As increased carbonization temperature, reaction rate constant, frequency factor and degree of carbonization were increased. As increased the content of sewage sludge, conversion, ash content and degree of carbonization were decreased. At optimal conditions for carbonization process, frequency factor and activation energy in Arrhenius equation can be decided by 3.61 × 10−2 min−1, 7,101.8 kcal/kmol respectively.

IRENA(International Renewable Energy Agency)에 따르면 2014년 말 기준, 전세계 재생에너지 전력 설비용량은 1,829GW로 2000년 대비 1,000GW 증가한 수준으로 지속적인 투자가 이루어질 것으로 예상하였다. 국내의 2015년 신재생에너지 보급목표는 1차 에너지자원 양의 4.3%로 설정하였으며, RPS(Renewable Portfolio Standard) 제도 및 RFS(Renewable Fuel Standard) 제도를 도입하여 2022년까지 바이오연료의 의무율을 10%로 하였다. 2014년 기준으로 산업부에서는 RPS제도를 이행하지 않은 7개 발전사에게 498억 원의 과징금을 부과하였다. 런던협약에 따라 2012년도 하수슬러지의 해양투기가 금지되어 육상처리를 해야 하는 실정이다. 2013년 기준 국내에서 발생하는 하수슬러지는 연간 3,531,250m³이 발생되고 있으며 이 중 재활용량은 41.6%이며, 연료화는 9.9%로 나타났다. 하수슬러지는 해양투기 금지로 인한 육상매립, 소각 등의 방식으로 처리되고 있어, 육상매립에 따른 매립지 부지문제와 소각에 따른 유기성 폐기물로부터의 에너지회수에 대한 문제를 야기하고 있다. 하수슬러지는 탄화공정을 통해 에너지원인 탄화물을 생성하고 있으며, 생성된 탄화물에 대해 탄화도와 탄화속도를 분석하기 위하여 탄화공정에서의 반응속도에 대한 고찰이 필요하다. 탄화공정에서의 반응속도는 실험원료에 따라 다르게 나타나며 반응온도와 시간의 영향을 받는다. 유기성 폐기물을 탄화할 때의 반응속도는 대부분 1차 반응을 통해 해석되어지며 본 연구에서도 1차 반응식을 통해 반응속도를 검토하였다. 시료로 사용한 하수슬러지와 폐목재는 경기도 K하수처리장과 K업체에서 채취하여 전처리 후 105℃에서 24시간 건조하여 사용하였다. 질소가스를 활용한 무산소 조건의 탄화 장치를 이용하여 탄화온도와 탄화시간에 따른 탄화물의 전화율과 반응속도를 검토하였다. 폐기물로부터 탄화물로 전환되는 정도를 나타내는 탄화도(C/H mole ratio)는 원소분석결과를 이용하여 나타내었으며, Arrhenius식을 이용하여 반응속도를 도출하였다. 실험조건으로 탄화온도는 250℃~400℃범위로 설정하였으며, 탄화시간은 5분, 15분, 30분, 60분으로 설정하여 검토하였다.

Carbonization using chicken manure was used to obtain an energy source. In order to estimate the reaction rate at theoptimal conditions for chicken manure in carbonization process it is estimated the reaction kinetics for the process. Thecarbonization process for chicken manure was optimized at carbonization temperature 300oC to 400oC in 20minutes. Fromthe examination of conversion characteristics of chicken manure, carbonization reaction can be described by the 1st orderkinetic reaction. Frequency factor(A) of reaction rate for chicken manure was evaluated to be 0.55×10−2min−1 and theactivation energy was estimated to be 3,815.0kcal/kmol. As increased carbonization temperature from 250oC to 400oC,reaction rate constant of chicken in the 1st order kinetic reaction is also increased from 0.0604min−1 to 0.1383min−1.In this study, carbonization degree of chicken manure in carbonization process was estimated by kinetic reaction deduction.The result of kinetic reaction in carbonization of chicken manure was evaluated to be 1st order kinetic reaction.

IEA(국제에너지기구)에 따르면 2035년까지 글로벌 발전 산업에 투입되는 투자금은 60% 이상이 신재생 에너지 부문에 집중될 것으로 예상하였다. 또한, 2011년부터 2035년까지 글로벌 에너지 수요는 1/3 증가할 것으로 전망되지만, 에너지 자원 구성비에서 화석 연료가 차지하는 비중은 2011년 82%에서 2035년 35%까지 축소 될것으로 판단하였다. 국내에서는 RPS(Renewable Portfolio Standard) 제도 및 RFS(Renewable Fuel Standard) 제도를 시행하여 2022년까지 의무율 10% 및 360억 갤론의 바이오연료사용을 목표로 하였다. 이에 인해 2013년 기준으로 국내 발전사들은 정부의 RPS 공급의무를 이행하지 못하여 417억 2000만원에 이르는 과징금을 납부해야 할 실정이다. 국내에서 발생하는 가축분뇨는 2011년 기준으로 127,984톤/일이 발생하였으며 그 중 닭, 오리의 분뇨는 20,561톤/일로 전체 가축분뇨의 약 16%로 나타났다. 가축분뇨는 퇴비화, 해양배출을 통해 처리되었으나, 해양 배출금지와 항생제 등의 독성물질 사용으로 처리에 어려움이 나타나고 있다. 또한 조류독감 등 질병 발병으로 인한 조류와 분뇨의 매장으로 2차오염까지 나타나고 있다. 계분반응속도 실험에서는 계분시료를 이용하여 무산소 조건에서 탄화 장치를 통해 탄화시간과 탄화온도에 따른 전화율과 반응속도를 검토하였다. 계분시료는 경기도 H시에서 채취하여 전처리 후 105℃에서 24시간 건조하여 사용하였다. 탄화도(C/H mole ratio)는 원소분석결과를 이용하여 나타내었으며, 반응속도는 Arrhenius 식을 이용하여 도출하였다. 유기성 폐기물을 탄화할 때의 반응속도는 대부분 1차 반응을 통해 해석되어지며 본 연구에서도 1차 반응식을 통해 반응속도를 검토하였다. 실험조건으로 탄화온도는 250℃~400℃범위로 설정하였으며, 탄화시간은 5분, 15분, 30분으로 설정하였다. 탄화의 정도를 나타내는 계분의 탄화도는 250℃일 때 0.95, 400℃ 일 때 1.01로 나타나 탄화온도가 증가할수록 탄화도는 증가하는 것으로 나타났다. 또한, 계분 탄화물의 빈도인자는 0.55×10-2 min-1로 나타났으며 반응속도는 탄화 온도가 250℃일 때 0.060 min-1로 나타났으며 400℃일 때 0.138 min-1로 나타났다. 탄화온도 차이로 도출되는 계분의 활성화 에너지(Ea)는 3,532.3 kcal/kmole로 나타났다.

Carbonization process with pig manure is carried out to estimate the reaction kinetics with increasing carbonizationtime and temperature in the process. From the examination of conversion characteristics of pig manure, carbonizationreaction can be described by the 1st order kinetic reaction. Degree of carbonization, which can be expressed by C/H moleratio, is increased with increasing carbonization temperature. As increased carbonization temperature from 250oC to 400oC,reaction rate constant in the 1st order kinetic reaction is also increased from 0.0622min−1 to 0.1999min−1. Frequency factorand activation energy in Arrhenius equation for pig manure in the carbonization process can be decided by 1.06×10−3min−1 and 5441.8kcal/kmole, respectively. From the results of the reaction kinetics including TGA and SEM analysis,it is desirable that pig manure should be carbonized below carbonization temperature 400oC.

In this research, equilibrium of adsorption and kinetics of As(V) removal were investigated. The coal mine drainage sludge(CMDS) was used as adsorbent. To find out the physical and chemical properties of CMDS, XRD (X-ray diffraction), XRF (X-ray fluorescence spectrometer) analysis were carried out. The CMDS was consist of 70% of goethite and 30% of calcite. From the results, an adsorption mechanism of As(V) with CMDS was dominated by iron oxides. Langmuir adsorption isotherm model was fitted well more than Freundlich isotherm adsorption model. Adsorption capacities of CMDS 1 was not different with CMDS 2 on aspect of amounts of arsenic adsorbed. The maximum adsorption amount of two CMDS were respectively 40.816, 39.682 mg/g. However, the kinetic of two CMDS was different. The kinetic was followed pseudo second order model than pseudo first order model. Concentrations of arsenic in all segments of the polymer in CMDS 2 does not have a constant value, but the rate was greater than the value of CMDS 1. Therefore, CMDS 2, which is containing polymer, is more effective for adsorbent to remove As(V).

A magenta azomethine dye(D) was synthesized from the reaction of 3-methyl-1-phenyl-2-pyrazoline-5-one with N,N-diethyl-1,4-phenylenediamine. The magenta azomethine dye was identified on the basis of elemental analysis, 13C-NMR, infrared, and GC/MS studies. The magenta azomethine dye was decomposed in a basic solution. Rate constants of the fading reaction of magenta azomethine dye in ethanol-water solvent were measured spectrophotometrically at 540 nm. Reaction rate was increased with the increase of [OH-] and [H2O] in the region of [H2O]= 11～40 M. The reaction was governed by the following rate law. -d[D]/dt = {ko + kOH[OH-][H2O]}[D] A possible mechanism consistent with the empirical rate law has been proposed.

층간 양이은종이 다른 두 종류의 몬모릴로나이트에 대한 계면활성제의 흡착을 통해 몬모릴로나이트 표면에서 흡착거동하는 계면활성제의 시간적인 변화를 관찰하였다. 계면활성제의 미셀 농도를 다르게 하여 시간이 경과(0.1분～11일)함에 따라 몬모릴로나이트에 대한 계면활성제의 비평형 활동성을 관찰하였다. N몬모릴로나이트(SWy)는 Ca-몬모릴로나이트(Shz)와 비교했을 때 계면활성제가 몬모릴로나이트 충간에 보다 활동적으로 침투 및 흡착하였다. SWy의 층간간격은 반응초기부터 시간이 경과함에 따라 급격히 팽창하였지만, SAz의 경우에서는 반응 후반기에만 층간간격이 현저히 팽창되었다. 이상의 결과로부터 두 몬모릴로나이트의 서로 다른 평창특성은 부분적으로 자신들의 본질, 즉 몬모릴로나이트 내에 존재하는 무기양 이온들의 영향 때문인 것으로 보인다. 또한, 계면활성제의 미셀 농도는 유기-몬모릴로나이트의 발달, 즉 비평형 상태에서의 유기점토복합체 형성과 안정에 큰 영향을 끼치는 것으로 보인다.

A kinetic study for nitrate removal by anion exchange resin was performed using continuous column reactors. Kinetic approach from the packed bed showed the reaction rate constant k1 was 0.07∼0.17 ℓ/㎎·hr and maximum exchange quantity q0 was 27.75∼31.81 ㎎/g. The results from the continuous column well agreed with that from the batch reactor. An economic analysis of the water treatment plant by anion exchange resin with a regenerating system was performed to design plant and process. Based on the treatment of 20 ㎎/ℓ nitrate-contained wastewater of 10,000 gallons per day to 2 ㎎/ℓ , total capital cost and total annual cost are estimated to be 836 million wons and 211 million wons, respectively.

Sorbents of calcined limestone and oyster particles having a diameter of about 0.63㎜ were exposed to simulated fuel gases containing 5000ppm H2S for temperatures ranging from 600 to 800℃ in a TGA (Thermalgravimetric analyzer). The reaction between CaO and H2S proceeds via an unreacted shrinking core mechanism. The sulfidation rate is likely to be controlled primarily by countercurrent diffusion through the product layer of calcium sulfde(CaS) formed. The kinetics of the sorption of H2S by CaO is sensitive to the reaction temperature and particle size, and the reaction rate of oyster was faster than the calcined limestone.