초록 ▼

본 과제의 제1차년도 연구개발 결과는 다음과 같다. 음식물 쓰레기의 화학성분 중에서 가수분해를 통해 발효에 이용할 수 있는 탄수화물의 총량 은 음식물원의 종류에 따라 약간의 차이가 있으나 건조함량 기준으로 50∼ 60%로 나타났다. 우선 음식물 쓰레기에 포함된 전분의 산 가수분해 공정을 최적화 하기 위해 순수 옥수수 전분을 이용해 0.2-1% 황산을 촉매로 130-170℃에서 가수분해를 시도한 결과, 평균 97-98%의 최대 당 전환율을 나타내었다. 음식물 쓰레기에 포함된 섬유소의 산 가수분해 공정을 최적화 하기 위해 순수 섬유소를

본 과제의 제1차년도 연구개발 결과는 다음과 같다. 음식물 쓰레기의 화학성분 중에서 가수분해를 통해 발효에 이용할 수 있는 탄수화물의 총량 은 음식물원의 종류에 따라 약간의 차이가 있으나 건조함량 기준으로 50∼ 60%로 나타났다. 우선 음식물 쓰레기에 포함된 전분의 산 가수분해 공정을 최적화 하기 위해 순수 옥수수 전분을 이용해 0.2-1% 황산을 촉매로 130-170℃에서 가수분해를 시도한 결과, 평균 97-98%의 최대 당 전환율을 나타내었다. 음식물 쓰레기에 포함된 섬유소의 산 가수분해 공정을 최적화 하기 위해 순수 섬유소를 0.5 - 7% 황산을 촉매로 150 - 170℃에서 가수분 해를 실시한 결과 최대 당 전환율이 평균 30 - 34%로 나타났다. 음식물 쓰레기를 전분 가수분해에서 결정된 최적 반응시간(topt.)dptj 산 가수분해한 결과, 평균 최대 당 생성율은 28-38g glucose/100g 시료로 나타났으며 반응 온도가 증가함에 따라 당 생성율이 향상되었다. 또한 섬 유소 가수분해에서 결정된 최적 반응시간(topt.)에서 산 가수분해한 결과, 평균 최대 당 생성율은 24-29g glucose/100g 시료로 저조하게 나타났으며 섬유소의 가수분해 조건에서는 전분과 헤미섬유소로부터 생성된 당의 재분 해가 심하게 일어난 것으로 나타났다. 탄수화물 중에는 가수분해 조건이 상이한 전분, 헤미섬유소 계통과 섬 유소 등이 골고루 함유되어 있어 2단계로 반응을 시킴으로서 효율적으로 당을 생성시킬 수 있으므로, 순수 전분과 섬유소의 최적 반응조건들을 이 용하여 음식물 쓰레기의 2단계 가수분해를 수행한 결과, 건조함량 기준으 로 100g 음식물 쓰레기 당 45 - 50g의 당이 생성되어 대체로 45% 정도의 시료가 당으로 전환되었으며 최적 가수분해 조건의 선정 여부에 의해서 전 체적인 수율을 더욱 향상시킬 수 있다는 것이 판명되었다. 탄수화물이 복합적으로 함유된 음식물 쓰레기와 같은 경우 2단계 가수 분해의 반응조건을 선정할 때에는 시료의 구성 성분에 따라 그에 맞는 최 적 반응점을 적용해야 하는 것으로 나타났다. 전분 성분이 많은 시료의 경 우에는 저온에서 오랜 시간동안 반응시키는 것이 유리하며 섬유소 함량이 많은 시료는 고온에서 반응시켜야 충분한 가수분해가 이루어진다는 것을 알 수 있었다. 고농도의 황산을 촉매로 사용하는 것은 당 수율을 향상시키 는 데는 도움이 되지만 가수분해 후 산의 중화에 들어가는 비용이나 발효 시 박테리아에 미치는 영향을 고려하면 바람직하지 않는 것으로 판단된다. 유기산의 농도가 2-3%(w/w)인 유기산 수용액으로부터 유기산을 효과적 으로 추출할 수 있는 방법인 액-액 추출법을 이용하여 유기산을 선택적으 로 추출하는 경우 유기용매로서 MIBK를 사용하는 경우 가장 우수한 추출능 을 나타내었으며, 아민계 추출제인 trioctylamine을 사용하는 경우 추출능 이 2배 증가하였다. 투과증발법으로 유기산 수용액으로부터 유기산을 분리 하는 경우 고분자 분리막과 유기산과의 용해도 상수값 차이 때문에 적절한 분리막 선정이 어려웠으며 우수한 투과유량에 비해서 선택도가 낮아서 실 제공정에 적용을 하기가 어려웠다. 그러므로 유기산수용액으로부터 유기산 을 효율적으로 분리하기 위해서는 액-액추출법과 분리막공정을 조합시킨 membrane contactor법을 이용하는 방법이 가장 적절한 것으로 나타났다.

Abstract ▼

Calcium chloride($CaCl_2$) and sodium chloride(NaCl) are road deicing salts presently availabel. However, chloride ion contained in teese chemicals causes serious environmental problems. At the same time, the amount of food wastes generated in the urban area is increased every year, and

Calcium chloride($CaCl_2$) and sodium chloride(NaCl) are road deicing salts presently availabel. However, chloride ion contained in teese chemicals causes serious environmental problems. At the same time, the amount of food wastes generated in the urban area is increased every year, and people cannot find ways to recycle these wastes. This research focuses on the production of new deicing salt, that is less environmentally damaging, by using organic acids proudced from food wastes. Dilute acid hydrolysis was performed as a first step to produce organic acids from food wastes. Carbohydrate contained in food wastes consists of starch, hemicllulsoe, and cellulose, which are different in hydrolysis condition. Two step acid hydrolysis was carried out by using the optimum conditions determined during the hydrolysis of pure starch and cellulose. The results show about 45% of the substrates have been converted to sugars, indicating that food wastes can be a good source to produce organic acids by bacterial fermentation. The results also show that the yield can be further improved by selecting proper optimum conditions in each hydrolysis step. Liquid-liquid extraction and pervaporation separation were investigated using polymeric membranes from dilute aqueous organic acid solution. In the liquid-liquid extraction experiments, methyl isobutyl ketone shows good performance for the extraction of organic acid, and the extraction performance increased with increasing contents of organic amine and organic solvents. Pervaporation separation of organic acid using polymeric membranes showed high flux, while it showed enrichment factor of less than two. Membrane contactor can be a good candidate for the extraction of organic acid form aqueous solution to increase separation performance.

목차 Contents

• 제1장 서론...13
• 제1절 연구의 배경...13
• 제2절 연구의 목적...14
• 제3절 연구의 범위...15
• 제2장 국내외 기술개발 현황...17
• 제1절 국내외 기술현황 분석...17
• 제2절 주요 관련기술의 검토...19
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과...22
• 제1절 저공해 저설계의 특성...22
• 제2절 전분의 가수분해 특성...33
• 제3절 섬유소의 가수분해 특성...61
• 제4절 가수분해공정의 동력학...76
• 제5절 음식물 쓰레기의 가수분해 특성...105
• 제6절 유기산의 분리 및 농축...123
• 제7절 결론...148
• 제4장 연구개발목표달성도 및 대외기여도...151
• 제5장 연구개발결과의 활용계획...154
• 제6장 참고문헌...156