보일러 배기가스를 이용해 온실 내부의 CO2 농도를 높여 식물의 생장을 촉진하는 CO2 시비 시스템의 공급 최적화를 위한 연구를 진행하였다. 다기관의 유로를 사용하는 시비 시스템의 기하학적 변수에 따른 유량균일성 파악을 위해 전산유체역학 기법을 사용하였다. 먼저 PVC 형상을 수정하여, 처음 설비에서 출구유량이 적어 튜브 뒤쪽까지 CO2가 나오지 못했던 문제점을 해결하고 개선된 형상을 결정했다. 그 다음 실험값과 동일하게 맞추기 위하여 실험값과 해석값의 출구 속도를 비교하여 입구 압력을 결정하였다. 이때 여섯 개의 출구에서 나타나는 유량 비균일성은 출구에 Gasket을 부착하여 출구 면적 변화를 통해 유량을 조절할 수 있다고 보았다. 여섯 개의 출구 직경을 각각 변화시킨 3개의 Case 결과가 출구 면적을 모두 동일하게 두었을 때보다 편차가 최대 ±18%까지 감소되었다. 비닐 튜브 역시 뒤쪽까지 CO2가 전달되지 못하는 문제점을 해결하기 위하여 출구의 직경을 변화시켜가며 비교하였다. 각각의 출구 직경은 동일하게 하고 입구 면적 대비 출구 면적이 153.4%(D = 10mm), 97.8% (D = 8mm), 54.9%(D = 6mm)이 되도록 3개의 Case로 나누어 유량 균일성 향상 효과를 알아보았다. 그 결과 출구직경이 10mm일 때보다 6mm일 때, 유량 편차가 ±13% 정도 감소되었다. 따라서 출구 면적이 작아질수록 유량 균일성이 향상됨을 파악하였다. 앞서 결정된 최적 PVC 형상과, 비닐 튜브 조건을 조합하여 전체 형상을 해석한 경우 역시 모든 hole에서의 유량이 0.1g/s 이내의 차이를 보이며 높은 균일성을 나타냈다. 이와 같은 방법으로, 다기관의 유로를 이용하여 CO2를 분배시키는 다른 형태의 시비 시스템에서 역시 PVC 배관에서의 압력강하를 최소화시킨 뒤, PVC와 비닐 튜브의 출구 직경을 변화시키는 순서로 각 출구로의 유량을 균일하게 조정할 수 있을 것으로 판단된다.

Silicon nanoparticle is a promising material for electronic devices, photovoltaics, and biological applications. Here, we synthesize silicon nanoparticles via CO2 laser pyrolysis and study the hydrogen flow effects on the characteristics of silicon nanoparticles using high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), X-ray diffraction (XRD), and UV-Vis-NIR spectrophotometry. In CO2 laser pyrolysis, used to synthesize the silicon nanoparticles, the wavelength of the CO2 laser matches the absorption cross section of silane. Silane absorbs the CO2 laser energy at a wavelength of 10.6μm. Therefore, the laser excites silane, dissociating it to Si radical. Finally, nucleation and growth of the Si radicals generates various silicon nanoparticle. In addition, researchers can introduce hydrogen gas into silane to control the characteristics of silicon nanoparticles. Changing the hydrogen flow rate affects the nanoparticle size and crystallinity of silicon nanoparticles. Specifically, a high hydrogen flow rate produces small silicon nanoparticles and induces low crystallinity. We attribute these characteristics to the low density of the Si precursor, high hydrogen passivation probability on the surface of the silicon nanoparticles, and low reaction temperature during the synthesis.

미세조류를 activated sludge와 co-culture시켜 N, P 처리효율을 향상시키는 시도가 활발하다. 이에 따라 co-cultrue 상태에서 미세조류의 활성을 평가하기 위한 method가 필요한데, 과거 대부분의 연구에서는 인공폐수성상을 제조 후, organic carbon, nitrogen, phosphorus 제거량을 통한 미세조류의 활성을 평가하였다. 그러나 위 방법으로는 미세조류의 활성도를 정확하게 정량적으로 측정하여 평가하기에는 한계가 있었다. 위문제점을 해결하기 위해 flow cytometry를 이용하여 미세조류와 activated sludge의 co-culture sample을 제조하여 cell counting 및 미세조류의 활성도를 정량적으로 평가 가능한 protocol을 개발하고자 했다. Flow cytometry 란 장치 내에 존재하는 가느다란 관에서 고속으로 흐르는 세포에 레이저 광을 조사하여 각각의 cell에서 발생되는 반사, 산란광을 순간적으로 측정하여 cell을 선별, 수집하는 기능을 갖는 장치를 말한다. 대부분의 cell live, dead 활성도 평가 논문이 flow cytometry로 측정한 data가 활발히 이용되고 있다. 미세조류와 activated sludge cell의 가장 큰 차이점은 cell 내에 chlorophyll 의 포함 여부이며, 위 차이점을 이용하여 flow cytometry를 이용해 cell을 구별했다. Chlorophyll에 630nm 이상의 빛을 조사하게 되면 excited state가 되고, excited electron이 낮은 전위로 이동할 때 fluorescence를 방출한다. 이를 flow cytometry의 fluorescence detector가 인지하여 상대적으로 낮은 fluorescence를 가지는 activated sludge와 높은 fluorescence를 가지는 미세조류를 구분하고, cell membrane이 손상된 dead cell 만을 염색하는 SYTOX Green 염색시약을 sample에 주입하여 live, dead cell을 구별하고 활성도를 평가하는 것이 가능함을 확인하였다.

A simple in-situ biomethane system to upgrade biogas was developed by using differential solubility of biogas which normally contains 35-45% carbon dioxide (CO2) and 55-65% methane (CH4) by volume. The biomethane system consists of mesophilic plug-flow sorghum digester coupled with a leachate recycle loop to an external CO2 stripper. The leachate produced in the mesophilic plug-flow digester flows to the stripper where dissolved CO2 is removed. Then the leachate that CO2 was completely stripped out is recycled back to the plug-flow reactor, resulting in absorbing CO2 and enriched CH4 contents in digester offgas from the mesophilic plug-flow digester. Offgas CH4 contents was correlated well with leachate recycle rates and alkalinity. To maintain a biogas methane content over 95%, 3 volume of leachate recycle per volume of reactor per day(3 v/v-d) and at the reactor alkalinity of 4 g/L as CaCO3 was required. Even at an intermittent stripping ratio up to 3 hours stripping(N2 sweep gas 700 ml/min) and 1 hour no-stripping, the offgas methane content over 95% was achieved. It thus resulted in a 25% reduction in the total energy and sweep gas consumption. The TVS removal efficiency of the biomethane system was 80 percent which corresponded to 96% of the control reactor. The leachate recycle rates directly affected methane productivity that appeared to be 0.71 v/v-d at 3 volume of leachate recycle per volume of reactor per day(3v/v-d) and at the reactor alkalinity of 4 g/L as CaCO3.