복잡한 매트릭스를 다룰 때 시료 전처리는 필수적인 과정이다. 용매를 사용하지 않은 추출은 가스상 또는 액상에서 시료 내 분석물을 흡착제로 직접 전달하여 수행한다. 본 연구에서는 용매 없는 시료 추출 방법인 바늘 내 미세추출(in-needle microextraction, INME)을 위해 새로운 흡착제로 코팅된 와이어를 제작하였다. 바늘에 삽입된 와이어는 바이알 내 시료로부터 휘발성 유기화합물이 방출되어 포화된 헤드스페이스(HS)에 위치시켰다. 새로운 흡착제는 전기화학적 중합을 통해, 이온성 액체(IL)의 존재 하에 아닐린과 다중벽 탄소나노튜브(MWCNTs)를 혼합하여 합성하였다. IL을 이용하여 새롭게 합성한 흡착제는 높은 열적 안정성, 우수한 용매화(용해) 특성, 그리고 높은 추출 효율을 달성할 것으로 기대된다. 전기화학적으로 합성된 표면에 코팅된 MWCNT-IL/polyaniline(PANI) 흡착제의 특성은 푸리에 변환 적외선 분광법(Fourier transform infrared, FTIR), 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM), 열중량분석(thermogravimetric analysis, TGA), 원자힘현미경(atomic force microscopy, AFM)을 사용하여 평가하였다. 이후 제안된 HS-INME-MWCNT-IL/PANI 방법을 최적화하고 검증하였다. 정확도와 정밀도는 프탈레이트를 포함하는 실제 시료의 반복 측정을 통해 평가하였으며, 스파이크 회수율은 61.13%~108.21%였고 상대표준편차는 15% 미만이었다. 제안된 방법의 검출한계(limit of detection)와 정량한계(limit of quantification)는 IUPAC 정의를 사용하여 각각 15.84~50.56 μg 및 52.79~168.5 μg로 계산하였다. 우리는 MWCNT-IL/PANI 흡착제로 코팅된 와이어를 이용한 HS-INME가 수용액 조건에서 추출 성능의 저하 없이 최대 150회까지 반복 사용 가능함을 결론지었으며, 이는 환경친화적이고 비용 효율적인 추출 방법을 제공한다.

이온-분자각인 폴리머는 제조가 용이하고 높은 선택성을 보이기 때문에 많은 관심을 받고 있으며 활발히 연구되고 있다. Zn은 인체에서 필수 무기질로 알려져 있으나, 체내에 흡수되면 거의 완전히 배출되지 않아 다양한 질환 또는 부작용을 유발할 수 있다. 선택적 Zn 추출을 위한 새로운 방법을 제시하고자, Zn 이온-각인 폴리머(ZIIP)를 벌크 중합으로 합성하였고, 대조군으로 NZIIP(비(非)-ZIIP)를 제조하였다. 이후 중합 과정에서의 구조적 변화를 조사하기 위해 ZIIP와 NZIIP를 푸리에 변환 적외선 분광법, 주사전자현미경, X-선 광전자분광법으로 특성화하였다. 흡착 등온선 연구 결과, 시그모이드형 Langmuir 등온식이 잘 적합되었으며, ZIIP에서의 Zn에 대한 최대 흡착 용량과 친화도는 NZIIP보다 우수하였다. 착색계측 정량을 위해 상등액에서 Zn과 킬레이트화하기 위해 dithizone을 사용하였다. Zn 이온 필터로 잠재적으로 활용될 수 있는 ZIIP-고체상 추출을 조사하였고, 우수한 제거 효율을 보였다.

복잡한 매트릭스를 다룰 때 시료 전처리는 필수적인 과정이다. 용매를 사용하지 않은 추출은 가스상 또는 액상에서 시료 내 분석물을 흡착제로 직접 전달하여 수행한다. 본 연구에서는 용매 없는 시료 추출 방법인 바늘 내 미세추출(in-needle microextraction, INME)을 위해 새로운 흡착제로 코팅된 와이어를 제작하였다. 바늘에 삽입된 와이어는 바이알 내 시료로부터 휘발성 유기화합물이 방출되어 포화된 헤드스페이스(HS)에 위치시켰다. 새로운 흡착제는 전기화학적 중합을 통해, 이온성 액체(IL)의 존재 하에 아닐린과 다중벽 탄소나노튜브(MWCNTs)를 혼합하여 합성하였다. IL을 이용하여 새롭게 합성한 흡착제는 높은 열적 안정성, 우수한 용매화(용해) 특성, 그리고 높은 추출 효율을 달성할 것으로 기대된다. 전기화학적으로 합성된 표면에 코팅된 MWCNT-IL/polyaniline(PANI) 흡착제의 특성은 푸리에 변환 적외선 분광법(Fourier transform infrared, FTIR), 주사전자현미경(scanning electron microscopy, SEM), 열중량분석(thermogravimetric analysis, TGA), 원자힘현미경(atomic force microscopy, AFM)을 사용하여 평가하였다. 이후 제안된 HS-INME-MWCNT-IL/PANI 방법을 최적화하고 검증하였다. 정확도와 정밀도는 프탈레이트를 포함하는 실제 시료의 반복 측정을 통해 평가하였으며, 스파이크 회수율은 61.13%~108.21%였고 상대표준편차는 15% 미만이었다. 제안된 방법의 검출한계(limit of detection)와 정량한계(limit of quantification)는 IUPAC 정의를 사용하여 각각 15.84~50.56 μg 및 52.79~168.5 μg로 계산하였다. 우리는 MWCNT-IL/PANI 흡착제로 코팅된 와이어를 이용한 HS-INME가 수용액 조건에서 추출 성능의 저하 없이 최대 150회까지 반복 사용 가능함을 결론지었으며, 이는 환경친화적이고 비용 효율적인 추출 방법을 제공한다.

이온-분자각인 폴리머는 제조가 용이하고 높은 선택성을 보이기 때문에 많은 관심을 받고 있으며 활발히 연구되고 있다. Zn은 인체에서 필수 무기질로 알려져 있으나, 체내에 흡수되면 거의 완전히 배출되지 않아 다양한 질환 또는 부작용을 유발할 수 있다. 선택적 Zn 추출을 위한 새로운 방법을 제시하고자, Zn 이온-각인 폴리머(ZIIP)를 벌크 중합으로 합성하였고, 대조군으로 NZIIP(비(非)-ZIIP)를 제조하였다. 이후 중합 과정에서의 구조적 변화를 조사하기 위해 ZIIP와 NZIIP를 푸리에 변환 적외선 분광법, 주사전자현미경, X-선 광전자분광법으로 특성화하였다. 흡착 등온선 연구 결과, 시그모이드형 Langmuir 등온식이 잘 적합되었으며, ZIIP에서의 Zn에 대한 최대 흡착 용량과 친화도는 NZIIP보다 우수하였다. 착색계측 정량을 위해 상등액에서 Zn과 킬레이트화하기 위해 dithizone을 사용하였다. Zn 이온 필터로 잠재적으로 활용될 수 있는 ZIIP-고체상 추출을 조사하였고, 우수한 제거 효율을 보였다.

-2-nonenal, 벤조티아졸, 헥실 살리실레이트, α-헥실 시나말데하이드, 및 이소프로필 팔미테이트는 노화의 정도와 연관된 핵심 지표이다. 본 연구에서는 헤드스페이스-인-니들 마이크로추출(HS-INME)을 이용하여 인체 체취의 추출 및 정량 방법을 새롭게 개발하였다. 흡착제는 그래핀 옥사이드:폴리아닐린/아연 나노로드/이미다졸레이트 골격-8( GO:PANI/ZNRs/ZIF-8 )로 합성하였다. 그 다음, 흡착제가 코팅된 와이어를 흡착 키트에 넣어 생체 내 채취(in vivo sampling)에서와 같이 인체 피부에 직접 노출되게 하였고, GC 인젝터에서 탈착될 수 있도록 니들에 삽입하였다. 흡착 키트는 3D 프린터로 자체 제작하였다. 시험관 내(in vitro) 방법에서는 흡착제가 코팅된 와이어를 니들에 삽입하고 바이알의 헤드스페이스에 노출시켰다. 체취가 포함된 면 티셔츠를 바이알로 옮기면, 바이알의 헤드스페이스는 체취 VOCs(휘발성 유기화합물)로 포화된다. 휘발성 유기화합물을 동적 모드(dynamic mode)로 흡착시킨 후, 니들을 인젝터로 옮겨 가스크로마토그래피/질량분석기(GC/MS)를 통해 휘발성 유기화합물을 분석하였다. 체취 화합물에 대한 흡착제 제조 조건과 추출 조건은 반응표면방법(response surface methodology, RSM)으로 최적화하였다. 결론적으로, 최적 조건에서 GO:PANI/ZNRs/ZIF-8을 합성할 수 있었으며, 체취 VOCs 분석을 위한 생체 내 및 시험관 내 방법 모두에 적용 가능하였다.

GC-MS. 합성된 흡착제는 BET 표면적 분석, FE-SEM, FT-IR 분광법, TGA를 포함한 다양한 분석 기법을 사용하여 특성화하였다. 헤드스페이스 추출을 위해 최적화된 이 혁신적인 바늘 내 미세추출(in-needle microextraction) 접근법은 프탈레이트 추출에 효율적임을 입증하였다. 이 방법의 효능은 LOD, LOQ, 직선성 및 회수율과 같은 매개변수로 검증되었으며, 해당 방법은 지속 가능하고 효과적인 시료 전처리 기술로 간주될 수 있다. 본 연구는 이 방법이 제작이 용이하고 보관이 편리하며 비용 효율적이고, 고급 시료 전처리를 통해 프탈레이트를 검출할 수 있음을 보여준다.

열수 탄화(hydrothermal carbonization, HTC)는 기후변화 대응에서 핵심 기술로 부상하였으며, 순환 경제를 촉진한다. 자가 생성 압력하에서의 중등도 온도와 용매로서의 물을 특징으로 하는 독특한 반응 환경에서 작동하는 HTC는 바이오매스 잔사를 효율적으로 전환하여 가치 있는 바이오 기반 제품을 생산한다. 그러나 HTC는 까다로운 바이오매스 폐기물의 관리부터 고도 탄소의 합성, 바이오정유소(biorefinery)의 구현에 이르기까지 잠재력이 있음에도, 학술적 탐색에서 산업적 적용으로 전환하는 과정에서 여러 장벽에 부딪힌다. 반응의 복잡성에 대한 일반적 이해의 부족, 폐수 처리와의 대규모 통합이 어렵다는 점, 공정수(process water) 관리의 문제, 그리고 HTC 제품에 대한 표준화된 평가 기법의 부재 등 여전히 해결되지 않은 공백이 존재한다. 이러한 도전 과제를 해결하기 위해서는 HTC가 접하는 다수의 과학 분야를 연결하는 협력이 필요하다. 따라서 본 논문은 HTC 개발에 필수적이라고 간주되는 몇 가지 주요 쟁점의 현재 상태를 검토한다. 폐기물 관리와 바이오정유소를 위한 HTC의 초석으로서의 역할을 강조하면서, 그 발전에 대한 잠재성과 과제를 부각한다. 특히, 반응 경로, 예측 모델, 분석 기법, HTC의 개질을 포함한 기초 연구 측면을 폭넓게 다루는 한편, HTC의 핵심적인 기술적 응용과 과제를 탐색하되, 결합 열수 탄화(combined HTC), 폐수 통합, 그리고 플랜트 에너지 효율에 특별히 초점을 둔다.

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커피는 가장 큰 규모의 농산물 중 하나이다. 그러나 생산되는 커피의 대부분은 음료 제조업체에 의해 폐기 슬러지 형태의 폐기물로 버려지고 있다. 본 연구에서는 열수 재활용 절차를 기반으로 한 에너지 저장 전극을 개발하기 위해, 폐기 커피 슬러지로부터 유래한 흑연성 다공성 탄소(graphitic porous carbon) 소재의 사용을 보고한다. 폐기 커피 슬러지는 다른 탄소 자원에 비해 더 풍부하고 비용이 낮으며 접근성이 더 용이하므로 에너지 저장을 위한 탄소 전구체로 사용된다. 커피 슬러지의 고유한 섬유질 구조는 셀룰로오스를 기반으로 하며, 이로 인해 이온 및 전자 전도도가 향상된다. 해당 소재는 주로 셀룰로오스 기반 물질과 여러 이종원소를 포함하므로, 폐기 슬러지는 기능화된 탄소로 쉽게 전환될 수 있다. 커피 슬러지를 열수 탄화(hydrothermal carbonization)하여 독특한 흑연성 다공성 탄소를 제조하는 것은 특히 폐기물 처리 문제를 해결하고, 더 저렴한 재활용 방법을 제공하며, 매립지(landfills) 사용 요구를 감소시킨다는 점에서 매력적이다. 본 연구의 결과에 따르면, 커피 슬러지로부터 유래한 흑연성 다공성 탄소 전극은 전류밀도 0.3 A g−1에서 1500사이클 후에도 전하 저장 용량의 97%를 유지하면서, 140 F g−1의 비정전용량을 제공한다.