초록 ▼

본 연구에서는 표면 개질된 자성 나노입자의 첨가로 용해도가 낮은 합성가스의 기-액 물질전달속도를 향상시키고, 사용된 나노입자의 회수, 재사용이 가능한 합성가스로부터 바이오에탄올을 생산하는 경제적인 고효율 생물공정 기술을 확립하고, 이를 이산화탄소로부터 유용산물을 생산하는 광합성 미생물 배양공정에 적용하여 이산화탄소 저감과 유용산물 생산성이 향상된 공정을 개발하였다.

경제적인 고효율 생물공정 기술을 확립하기 위하여 사용된 나노입자를 회수하여 재사용하기 위해서 자성을 이용한 나노입자의 회수를 도모하고, 자성을 띄는 나노입자

본 연구에서는 표면 개질된 자성 나노입자의 첨가로 용해도가 낮은 합성가스의 기-액 물질전달속도를 향상시키고, 사용된 나노입자의 회수, 재사용이 가능한 합성가스로부터 바이오에탄올을 생산하는 경제적인 고효율 생물공정 기술을 확립하고, 이를 이산화탄소로부터 유용산물을 생산하는 광합성 미생물 배양공정에 적용하여 이산화탄소 저감과 유용산물 생산성이 향상된 공정을 개발하였다.

경제적인 고효율 생물공정 기술을 확립하기 위하여 사용된 나노입자를 회수하여 재사용하기 위해서 자성을 이용한 나노입자의 회수를 도모하고, 자성을 띄는 나노입자를 합성하기 위해서 CoFe₂O₄ 와 실리카 복합 나노입자를 합성하였다. CoFe₂O₄ 와 실리카 복합 나노입자 합성을 XRD를 이용하여 확인하였는데, 분석결과 실리카 구체에서 측정되는 XRD의 값과 일치하였다. 나노입자의 성능을 높이기 위해서 선행연구에서 증명된 대로 표면에 친수성을 띄는 CoFe₂O₄ 와 실리카 복합 나노입자를 소수성을 띄는 메틸기로 표면개질하였고, 메틸기로의 표면 개질을 확인하기 위하여 SEM 측정과 동시에 SEM-EDX 측정으로 표면의 원소를 분석하였다. CoFe₂O₄ 나노입자와 silica가 복합된 나노입자의 개질전 표면은 Si-O-Si 와 Si-OH를 포함하고, 메틸기로 표면 개질 후에는 포함된 Si-O-Si 와 Si-OH의 일부가 Si- CH₃로 치환 되 SEM-EDX 분석결과 Si와 O의 비율은 감소하고 C의 비율은 증가 한 것을 확인할 수 있었다. 메틸기로 표면 개질된 자성을 띄는 CoFe₂O₄와 실리카의 복합 나노입자가 첨가된 증류수를 이용하여 합성가스 용존 농도를 측정하였다. 물에 대한 합성가스 용존 농도를 측정한 결과 합성된 표면 개질된 CoFe₂O₄와 실리카의 복합나노입자가 가장 좋은 효과를 보였다. 표면 개질된 CoFe₂O₄와 실리카의 복합 나노입자를 첨가하여 물에 대한 합성가스 용존 농도를 측정한 후 네오듐 자석을 이용하여 사용된 나노입자를 다시 회수, 상기의 실험을 5회 반복 측정하였고, 재사용 하여 같은 실험을 5회 반복한 후 측정된 용존 농도 값은 처음 측정된 값과 비교하여 90% 이상을 보였다. 나노입자를 적용한 후 24h동안 C. ljungdahlii를 배양하면서 0h, 3h, 6h, 9h, 12h, 18h, 24h, 60h 에 해당하는 시간에서의 균주에 건조 질량과 에탄올, 아세트산 생성 농도를 확인하였는데, 나노입자를 첨가하지 않았을 때와 비교하여 표면 개질된 CoFe₂O₄와 실리카의 복합 나노입자를 첨가하였을 때, 건조질량은 227%, 에탄올 생성농도는 212%, 아세트산 생성농도는 59% 향상된 효율을 보였다.

광합성 미생물(미세조류 및 시아노박테리아)의 이산화탄소 고정화와 바이오에너지 생산을 위한 배양조건의 최적화하기 위하여, 배양 조건에 따른 Chlorella vulgaris 균주 생장 속도를 확인하였다. 온도 조건(20 ℃, 29 ℃, 40 ℃)에 따른 균주 생장 속도 확인한 결과, 6일 후, Chlorella vulgaris 건조 질량은 20 ℃에서 0.4536 g/L, 29 ℃에서 0.5047 g/L, 40 ℃에서 0.1858 g/L로 29 ℃에서 Chlorella vulgaris 생장 속도가 가장 빠른 것으로 나타났다. 조도 조건(~1000 lx, 2000~3000 lx, 3000~4000 lx)에 따른 균주 생장 속도 확인한 결과, 6일 후, Chlorella vulgaris 건조 질량은 1000 lx 이하에서 0.3126 g/L, 2000~3000 lx에서 0.3926 g/L, 3000~4000 lx에서 0.5026 g/L로 3000~4000 lx에서 Chlorella vulgaris 생장 속도가 가장 빠른 것으로 나타났다. pH 조건(pH4, pH8, pH10)에 따른 균주 생장 속도 확인 결과, 6일 후, Chlorella vulgaris 건조 질량은 pH4에서 0.4981 g/L, pH8에서 0.5047 g/L, pH10에서 0.4800 g/L로 pH에 따른 균주 생장 속도의 차이가 없었다.

광합성 미생물 배양공정에 자성 나노입자를 적용하여 유용물질 생산성이 향상된 경제적 생물 공정기술 확립하기 위하여 광합성 미생물을 사용하는 바이오에너지 생산공정에 자성나노입자를 다양한 농도로 첨가하여 미생물의 성장과 이산화탄소 고정화 및 유용산물 생산에 미치는 영향을 분석하여 최적의 자성나노입자 적용농도를 결정하였다. 0.1wt% 자성 나노입자를 적용함으로서 균주성장 및 Lipid 함유량이 각각 30%, 60% 증가하였다.

(출처 : 요약문 3p)

Abstract

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 목차 ... 2
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 3
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 4
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 6
• Ⅲ. 연구성과 ... 7
• 끝페이지 ... 11