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.

감태 (Ecklonia cava)는 다년생 대형갈조류로써 활용성이 매우 높은 것으로 알려졌다. 이 연구는 감태의 대량 생산을 위한 실내 배양 조건 확립을 위해서 계절과 질소원 종류에 따른 감태 포자체의 생장과 생화학적 반응을 조사하였다. 제주도 서귀포 해역에 생육하는 감태를 계절별로 채집하여 계절별 수온조건 (봄 17°C, 여름 25°C, 가을 21°C 와 겨울 15°C)과 4가지 영양염 조건 [대조구 (control), 100 μM NH4 +를 넣은 실험구 (NH), 100 μM NO3 -를 추가한 실험구 (NO), 50 μM NH4 +와 50 μM NO3 -를 함께 넣은 실험구 (NHNO)]에서 배양하여 엽체의 생체량과 면적 변화에 따른 생장률, 질산환원효소 활성도와 광합성 색소 함량을 조사하였다. 감태의 생장은 뚜렷한 계절 변화를 나타냈고, 무게와 면적과의 상관성은 계절별로 차이를 보였다. 무게와 면적의 일일생장률은 겨울에 최고 값 (5.8±0.5와 6.6± 0.5% day-1)을 보였고, 여름에 최저값 (2.2±0.2와 3.0± 0.3% day-1)을 나타냈다. 엽체의 일일생장률은 NH와 NO 실험구에서 가장 높았으며 NHNO 실험구에서 중간 값 그리고 대조구에서 가장 낮은 값을 보였다. 감태의 질산환원 효소 활성도는 계절적으로 유의한 차이를 나타났으며, 대조구에서 가장 높고 (1.32±0.10 μmol NO2 - g-1 dry weight h-1), NH 실험구에서 가장 낮았다 (0.25±0.02 μmol NO2 - g-1 dry weight h-1). 엽체 내 광합성 색소의 함량은 대조구에서 가장 낮고 NHNO 실험구에서 가장 높았다. 본 연구 결과는 감태 배양을 위한 배양액을 제작 시, 단일 종류의 질소원으로 제작하는 것이 생장률을 향상시킨다는 것을 보여주었으며, 실내배양에 따른 최적 질소원 종류를 결정하는 데 중요한 기초자료를 제공할 것이다.

본 연구는 2019년 8월 한반도 주변해역(동해, 서해, 남해, 동중국해)에서 탄소 및 질소 안정동위원소 기법을 활용하여 하위영양 단계에서의 먹이망 구조를 파악하였다. 입자성 유기물(POM)의 δ13C 범위는 -26.18 ~ 20.61 ‰, δ15N 범위는 5.36 ~ 15.20 ‰의 넓은 범위를 보였다. POM과 각 생물별 개체군 사이의 δ13C 분별작용의 결과는 대부분 micro-POM을 섭식하는 것으로 확인하였으나 해역 간 차이를 보였 다. 각 생물별 영양단계는 chaetognaths (3.40±0.61)가 가장 높은 영양단계에 있음을 확인하였다. 동위원소 혼합모델을 적용한 결과에서 chaetognaths의 먹이원으로 copepods (13 ~ 48 %)와 euphausiids (20 ~ 51 %)가 가장 높은 기여도를 나타냈다. 본 연구결과 각 해역별 먹이원의 제한적 공급 및 다양성의 차이가 먹이망 구조 및 각 생물별 동위원소 비에 영향을 미친 것으로 판단된다.

올레핀 가스는 다양한 석유화학물질의 합성에 사용되는 산업적으로 매우 중요한 물질로, 합성 과정에서 미반응된 올레핀은 다량의 질소와 함께 배출된다. 이러한 화학 공정의 경제성을 향상시키기 위해서는 미반응한 올레핀을 질소로부터 효 율적으로 회수해야 한다. 본 연구에서는 올레핀 중 프로필렌을 질소로부터 효과적으로 분리하기 위해 PGMA-co-PMMA (PGM) 가지형 공중합체를 합성하고, 4,4’-diaminoazobenzene (DAAB)를 도입하여 가교된 멤브레인을 제조하였다. PGM과 DAAB는 상온에서 에폭사이드-아민 반응을 통해 쉽게 반응하여 별도의 열처리 없이도 가교 구조의 멤브레인을 형성하였다. 유리상 고 분자인 PGM 기반의 멤브레인은 C3H6에 비해 N2를 더 빠르게 투과시키는 결과를 나타내었는데, 순수 PGM 멤브레인의 경우, 0.12 barrer의 N2 투과도와, 32.4의 높은 N2/C3H6 선택도를 보고하였다. DAAB가 가교제로 도입됨에 따라 멤브레인의 열적 안 정성이 크게 향상된 것을 TGA 결과로부터 확인하였다. 1 wt%의 DAAB 함량에서 N2/C3H6 선택도는 감소하였으나, N2 투과도가 약 4.7배 증가하는 결과를 나타내었다. 본 연구에서는 많이 연구되지 않은 유리상 고분자 기반의 멤브레인에서의 N2/C3H6 기체 분리 특성을 분석하였으며, 가교를 통해 멤브레인의 열적 안정성을 크게 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

PURPOSES : This study analyzes the characteristics of generated fine particulate matter (PM2.5) and nitrogen oxide (NOX) at roadsides using a statistical method, namely, a generalized linear model (GLM). The study also investigates the applicability and capability of a machine learning methods such as a generalized regression neural network (GRNN) for predicting PM2.5 and NOX generations. METHODS : To analyze the characteristics of PM2.5 and NOX generations at roadsides, data acquisition was conducted in a specific segment of roads, and PM2.5 and NOX prediction models were estimated using GLM. In addition, to investigate the applicability and capability of a machine learning methods, PM2.5 and NOX prediction models were estimated using a GRNN and were compared with models employing previously estimated GLMs using r-square, mean absolute deviation (MAD), mean absolute percentage error (MAPE), and root mean square error (RMSE) as parameters. RESULTS : Results revealed that relative humidity, wind speed, and traffic volume were significant for both PM2.5 and NOX prediction models based on estimated models from a GLM. In addition, to compare the applicability and capability of the GLM and GRNN models (i.e., PM2.5 and NOX prediction models), the GRNN model of PM2.5 and NOX prediction was found to yield better statistical significance for r-square, MAD, MAPE, and RMSE as compared with the same parameters used in the GLM. CONCLUSIONS : Analytical results indicated that a higher relative humidity and traffic volume could lead to higher PM2.5 and NOX concentrations. By contrast, lower wind speed could affect higher PM2.5 and NOX concentrations at roadsides. In addition, based on a comparison of two statistical methods (i.e., GLM and GRNN models used to estimate PM2.5 and NOX), GRNN model yielded better statistical significance as compared with GLM.

Metal–organic frameworks (MOFs) are network-like frameworks composed of transition metals and organic ligands containing oxygen or nitrogen. Because of its highly controllable composition and ordered porous structure, it has broad application prospects in the field of material synthesis. In this work, Zn4( PYDC)4(DMF)2∙3DMF (ZPD) was synthesized via a hydrothermal method. Self-doped nitrogen porous carbon ZPDC-T was then prepared by one-step carbonization. The results show that the self-doped nitrogen porous carbon ZPDC-850 has a micro/mesoporous structure with a specific surface area of 1520 m2 g− 1 and a nitrogen content of 6.47%. When a current density is 1.0 A g− 1, its specific capacitance is 265.1 F g− 1. After 5000 times of constant current charging and discharging, the capacitance retention rate was 79.2%. Thus, self-doped nitrogen porous carbon ZPDC-850 exhibits excellent electrochemical properties and good cyclic stability. Therefore, the self-doped nitrogen porous carbon derived from MOFs can be a promising electrode material for supercapacitors.

Carbon materials with tailorable structures and superior properties have great potential applications in environmental protection, energy conversion, and catalysis. Plant biomass as abundant and green non-toxic raw materials has been considered as good precursors for synthesizing heteroatom-doped carbon materials. However, few studies have been reported on the different natures of carbon materials derived from different parts of the same plant biomass. In this study, we prepared carbon materials from the petioles and blades of apricot leaves by direct pyrolysis without additives. Detailed characterizations indicate that these two carbon materials are similar in element composition and graphitization degree, but differ greatly in surface area and pore volume. These differences can be attributed to the different contents of inorganic salts, vascular bundles, and proteins in petioles and blades. When used as catalysts for the oxidation of ethylbenzene, the petiole-derived carbon shows better catalytic performance than the blades derived carbon due to its high surface area, large average pore size, and doped nitrogen atoms. Furthermore, the carbon catalysts derived from the petioles and blades of poplar leaves and parasol tree leaves show the same difference in catalytic reaction, implying that the above-mentioned conclusion is rather universal, which can provide reference for the synthesis of carbon materials from leaves.

본 연구는 수수 × 수단그라스 바이오에탄올 생산을 위한 적정 수확 시기 및 수확 후 재생과정에서 요구되는 적정 질소 시비 수준을 파악하기 위해 수행되었다. 포장 실험은 2017부터 2018년까지 실시했으며, 시험구 배치는 난괴법(RCBD)으로 여름 수확 후 질소 추비 수준을 달리하여(0, 50, 100, 150 kg N/ha; 0N, 50N, 100N, 150N) 처리하였다. 재생과정에서 canopy height은 2017년 여름 수확 후(DAT, day after summer harvest treatment) DAT23에서 DAT48로 경과함에 따라 약 3.0배, 2018년 DAT26에서 DAT48로 경과함에 따라 약 2.9배 신장하였다. 엽록소 함량은 재생과정 초기 질소 무처리구와 질소처리구간 유의한 차이가 나타났으나, DAT48 이후 처리 간 차이는 없었다. 여름 수확은 2017년 파종 후 61일 뒤, 2018년 파종 후 83일 뒤 각각 이루어졌으며 건물수량은 8.6Mg/ha, 11.0Mg/ha로 차이를 보였다. 생육시기별 2차 수확의 건물수량은 2017년의 경우 생육이 진전됨에 따라 꾸준히 증가하였으며, 2018년에는 DAT76까지 증가하였다. 2017년 DAT107에서 무처리구(9.0Mg/ha)에 비해 질소 처리구(12.3Mg/ha)에서 1.4배 높았으며, 무처리의 수량이 낮았던 2018년 DAT113에서는 무처리구(2.3Mg/ha)에 비해 질소 처리구 (5.6Mg/ha)로 2.5배 높았다. 수확물의 바이오에탄올 품질을 나타내는 바이오에탄올 수율(TEP)는 생육 후기 cellulose와 hemicellulose 비율 감소로 일부 줄어들었으나, 전체적인 TEP변화는 생육시기나 추비수준과 관계없이 5% 이내로 큰 차이는 없었다. 총 바이오에탄올 수량(total TEY)은 2017년 DAT107에서 7,944L/ha, 2018년 DAT76에서 7,163L/ha로 추정되었다. 따라서 TEY를 높이려면 수확물의 단위면적당 건물중을 증가시키는 재배방법이 필요하다. 여름 수확 후 충분한 재생을 위해서 필요한 질소 추비 수준은 100kg N/ha 이상이었으며, 2차 수확은 여름 수확 실시 후 2개월 이상 경과 한 이후 실시해야 한다.

This study was conducted to evaluate the effects of different nitrogen levels on the yield and nutrient quality of a newly developed domestic hybrid of Teosinte, Geukdong 6〔Zea mays L. subsp. mexicana (Schrad.) H. H. Iltis〕. The field experiment was conducted in a randomized block design with three replicates and consisted of four nitrogen (N) application rates, T1 (200 kg/ha), T2 (300 kg/ha), T3 (400 kg/ha), and T4 (500 kg/ha). No differences were found in plant length, leaf length, leaf width, leaf number, dead leaves, stem hardness, tiller number, and fresh yield (p>0.05). The T3 showed significantly greater dry matter yield at harvest (heading stage) compared to the other treatments (p<0.05). The crude protein content of T4 (10.49%) was higher than those of T1 and T2 (p<0.05). However, there was no significant difference between T4 (10.49%) and T3 (9.63%). The effects on crude fat, crude ash, neutral detergent fiber (NDF), acid detergent fiber (ADF), and crude fiber were not significant (p>0.05). The sugar content was higher in the T2 treatment than the other treatments (p<0.05). For Ca, T3 showed significantly greater content (p<0.05). However, no significant effects were found in the contents of Cu, Fe, K, Mg, Mn, Mo, and Zn (p>0.05). Na content was higher in order of T2 > T4 > T3 > T1 (p<0.05). Total mineral contents were not significantly different among the treatments (p>0.05). Given these results, we recommend the amount of nitrogen fertilization necessary for “Geukdong 6” to be around 400 kg per ha (T3), when considering, high fresh yield, dry matter yield, number of leaves and content of crude protein.

Carbon supports for dispersed platinum (Pt) electrocatalysts in direct methanol fuel cells (DMFCs) are being continuously developed to improve electrochemical performance and catalyst stability. However, carbon supports still require solutions to reduce costs and improve catalyst efficiency. In this study, we prepare well-dispersed Pt electrocatalysts by introducing titanium dioxide (TiO2) into biomass based nitrogen-doped carbon supports. In order to obtain optimized electrochemical performance, different amounts of TiO2 component are controlled by three types (Pt/TNC-2 wt%, Pt/TNC-4 wt%, and Pt/TNC-6 wt%). Especially, the anodic current density of Pt/TNC-4 wt% is 707.0 mA g−1 pt, which is about 1.65 times higher than that of commercial Pt/C (429.1 mA g−1 pt); Pt/TNC-4wt% also exhibits excellent catalytic stability, with a retention rate of 91 %. This novel support provides electrochemical performance improvement including several advantages of improved anodic current density and catalyst stability due to the well-dispersed Pt nanoparticles on the support by the introduction of TiO2 component and nitrogen doping in carbon. Therefore, Pt/TNC-4 wt% may be electrocatalyst a promising catalyst as an anode for high-performance DMFCs.

Energy and environmental are always two major challenges for the sustainable development of the modern human being. For avoiding the serious environmental pollution caused in the fabrication process of porous carbon, a popular energy storage material, we reported a facile, green and activating agent free route hereby directly carbonizing a special biomass, Glebionis coronaria. A nitrogen doped hierarchical porous carbon with a specific surface area of up to 1007 m2 g−1 and a N doping content of up to 2.65 at.% was facilely fabricated by employing the above route. Benefiting from the peculiarly hierarchical porous morphology, enhanced wettability and improved conductivity, the obtained material exhibits superior capacitance performance, which capacitance reaches up to 205 F g−1 under two-electrode configuration, and no capacitance loss is observed after 5000 cycles. Meanwhile, the capacitance retention of the obtained material arrives up to 95.0% even under a high current density of 20 A g−1, illuminating its excellent rate capability. The fabricated nitrogen-doped hierarchical porous carbon with larger capacitance than commercial activated carbon, excellent rate capability and cycle stability is an ideal cost-efficient substitution of commercial activated carbon for supercapacitor application.

느타리버섯 톱밥배지 질소함량에 따른 자실체 특성변화 조사를 통해 품종별 적정 질소함량을 구명하여 고품질 느타리버섯 재배를 위한 기초자료로 활용하기 위해 본 연구를 수행하였다. 질소함량을 1.3%, 1.6%, 1.8%, 2.3%로 조절하여 균사생장기간을 조사한 결과 질소함량이 균사생 장속도 및 밀도에는 큰 영향을 끼치지 않는 것을 확인하였다. 하지만 자실체 형성과정 및 자실체 신장에는 질소 함량이 영향을 끼쳤는데, 춘추2호와 흑타리의 경우 질소 함량이 2.3% 이상일 때 갓이 불균일하고 색택 등이 나빠 상품성이 떨어졌으며, 특히 춘추 2호는 유효경수가 3개로 급격히 감소하였다. 솔타리는 질소함량이 1.3% 이하일 때 대 길이가 짧아지고, 유효경수가 6개로 줄어들어 수량도 떨어지는 것으로 나타났다. 그 외 질소함량에서는 정상적인 자실체를 형성하였다. 자실체 특성조사결과 춘추2호는 질소함량 1.8%에서 갓 직경이 27 mm, 대 직경과 길이가 각각 11 mm, 61 mm였고, 색도측정결과 갓의 명도값이 31, 대의 명도값이 80로 상품성이 가장 우수하였으며 유 효경수 또한 25개로 가장 많았다. 흑타리도 질소함량 1.8%에서 갓 직경이 29 mm, 대 직경과 길이가 10 mm, 68 mm, 색도값으로는 갓이 37, 대가 78로 우수하였고, 유 효경수도 19개로 가장 많은 것을 확인하였다. 솔타리의 경우도 갓 직경 및 색도 등 형태적인 특성으로 봤을 때 질소함량 1.8%에서 가장 우수한 버섯을 생산하고 유효경수도 22개로 많았다. 종합적으로 결과를 정리하였을 때, 느타리버섯 품종에 관계없이 질소함량이 1.8%일 때 고품질의 느타리버섯 재배가 가능하였고, 춘추2호와 흑타리는 질소함량이 2.3%이상, 솔타리는 1.3%이하일 때 상품성 떨어지는 느타리버섯이 발생하므로 적정 질소함량인 1.8%로 재배하였을 때 높은 상품성 및 안정적인 수량 확보가 가능할 것으로 판단되었다.

In this paper, nitrogen-doped reduced graphene oxide(rGO) is obtained by thermal annealing of nitrogen-containing compounds and graphene oxide (GO) manufactured by modified Hummers' method. We use melamine as a nitrogen-containing compound and treat GO thermally with melamine at over 800 ~ 1,000℃ and 1 ~ 3 hr under Ar atmosphere. The electrical conductivity of doped rGO is measured by 4-point probe method. As a result, nitrogen contents on rGO are found to be in the range of 2.5 to 12.5 at% depending on the doping conditions after thermal annealing. The main doping site on graphene oxide is changed from pyridinic-N and pyrrolinic N to the graphitic site as the heat treatment temperature increases. The electrical conductivity of doped rGO increases as the N doping content increases. As the thermal treatment time increases, the change of both total doping contents and doping sites is slight and the surface resistance is remarkably reduced, which is caused by healing effects of doped graphene oxide at high temperature.

The present work introduces a new method for the recycling of waste flocculation sludge to prepare electrode materials for supercapacitor. Hazardous azo dye was removal from textile dying wastewater by a new chitosan-based flocculant, and the generated dye sludge flocs was used as a nitrogen-containing precursor for the fabrication of N-doped carbon materials. The influence of azo dye on specific surface areas, nitrogen content, pore evolution of the resulting products and their electrochemical performance were investigated in detail. The results demonstrated a dual role of azo dye worked as both a nitrogen resource and pore-forming agent. The resulting N-doped carbon nanosheets derived from azo dye flocs demonstrated high electrochemical capacitance and good stability for supercapacitor electrode, which is attributed to the unique nitrogen doping, higher specific surface area and efficient charge transfer ability.