메탄올탈수소효소 저해시 메탄산화에 의한 메탄올 전환생성 연구

Title
메탄올탈수소효소 저해시 메탄산화에 의한 메탄올 전환생성 연구
Authors
유연선
Keywords
메탄올탈수소효소저해시메탄산화에의한메탄올전환생성연구
Issue Date
2011
Publisher
인하대학교
Abstract
2013년부터 유기성 폐기물의 해양투기가 전면 금지되면서 혐기성 소화를 통해 생산된 바이오가스를 신재생에너지로 이용하고자 하는 연구가 활발히 진행 중이나 국내 매립지(226개소) 중 216개소에서 발생하는 매립가스와 혐기성 소화 시 발생되는 소화가스 중 7.3%가 자원화 되지 못하고 소각, 대기 방출 등으로 폐기되는 실정이다. 따라서 메탄산화균 내의 methane monooxygenase(MMO)을 이용하여 바이오가스 중 온실가스인 메탄가스를 생물학적으로 산화 저감하고, methanol dehydrogenase(MDH)의 활성 저해제를 이용하여 메탄올을 생산함으로써 바이오가스의 자원화 방안을 제안하고자 하였다. 연구방법으로서 효소 coding 유전자 분석을 통해 메탄산화균으로 사용한 Metylosinus sporium 내의 MMO 및 MDH 효소의 존재 여부를 확인하였으며, 메탄산화균의 메탄 산화 영향 인자를 분석한 후에, 인산염, NaCl, NH4Cl, EDTA 저해제의 농도를 달리하여 주입한 경우 메탄 산화에 미치는 영향과 메탄올 생성량 및 메탄의 메탄올 전환 수율 분석을 실시하였다. 메탄산화균은 35℃, pH 7, 인공 바이오가스(CH4 50%, CO2 50%)/Air의 부피비가 0.4인 조건에서 메탄 산화량 및 증식 속도가 최대로 나타났다. 1 mg/L 농도 메탄산화균의 대사과정에 의해 72시간의 대수증식기가 지속되며 메탄을 88.8% 산화하였으며 메탄산화속도는 0.0088 mmol/L·hr, 비증식속도는 0.045 hr-1였다. 인산염 40 mM, NaCl 50 mM, NH4Cl 40 mM, EDTA 150 μM 이하일 때 메탄 산화율은 평균 80% 이상으로 큰 영향이 있지 않았으나, 그 이상의 농도에서 MDH 활성도보다 MMO 활성도를 더 저해하여 메탄 산화율이 감소하였다. NaCl 100 mM로 저해 시에 메탄산화균의 농도 20 mg/L 전후로 메탄올의 생산량이 증가하여 50 mg/L일 때 최대 0.21 mM의 메탄올이 생성되었다. 또한 메탄산화균의 농도를 20 mg/L로 하였을 때 27시간 후에 최대 0.60 mM의 메탄올이 생산되었다. 인산염 40 mM, NaCl 100 mM, NH4Cl 40 mM, EDTA 50 μM 주입 시에 메탄을 1.3, 0.67, 0.74, 1.3 mM 산화하여 최대로 생성된 메탄올은 0.71 mM, 0.60 mM, 0.66 mM, 0.66 mM이며, 이때 메탄의 메탄올 전환 수율은 각각 54.7, 89.9, 89.6, 47.8%로 나타났다. 이에 따라 MDH 활성도와 메탄올 생성량의 상관관계를 살펴본 결과 MDH 활성도를 평균 34.9% 저해 시에 메탄올의 생성량을 최대로 할 수 있었다. 이와 같이 메탄산화균을 이용하여 바이오가스 중 메탄가스의 효율적인 산화 저감이 가능하였으며 MDH 활성도 저해제로 인산염 40 mM, EDTA 50 μM 주입 시 메탄의 산화와 동시에 메탄올을 생산하여 바이오가스의 자원화 기술로의 적용 가능성이 있을 것이라 판단된다.
Description
1. 서 론 1 2. 문 헌 연 구 3 2.1 바이오가스 3 2.1.1 바이오가스의 특성 4 2.1.2 바이오가스 이용 기술 7 2.1.3 바이오가스 이용 현황 10 2.2 메탄가스의 메탄올 전환 13 2.2.1 메탄과 메탄올의 특성 13 2.2.2 물리화학적 방법 14 2.2.3 생물학적 방법 16 2.3 메탄산화균을 이용한 바이오 메탄올 생산 17 2.3.1 메탄산화균의 특성 17 2.3.2 메탄산화균의 물질대사 20 2.3.3 MDH 저해제와 그 작용 22 2.4 바이오 메탄올 생산 연구 동향 24 3. 실 험 방 법 26 3.1 균주 및 배양 조건 26 3.2 메탄산화균 효소 coding 유전자 분석 26 3.2.1 PCR 26 3.2.2 MMO 및 MDH coding 유전자 분석 27 3.3 분석 항목 및 방법 30 3.3.1 가스 분석 30 3.3.2 메탄올 분석 30 3.3.3 sMMO 활성도 분석 31 3.3.4 MDH 활성도 분석 32 3.3.5 균주 농도 분석 32 3.4 메탄산화균의 메탄산화 영향인자 분석 조건 33 3.4.1 온도 33 3.4.2 pH 33 3.4.3 인공 바이오가스/공기 부피비 33 3.5 메탄산화균 메탄산화속도 및 비증식속도 측정 34 3.6 저해제에 따른 메탄 산화 및 메탄올 생성 분석 방법 34 4. 결과 및 고찰 36 4.1 메탄산화균 효소 coding 유전자 분석 결과 36 4.2 메탄산화균의 메탄산화 영향인자 분석 결과 37 4.2.1 온도 37 4.2.2 pH 39 4.2.3 인공 바이오가스/공기 부피비 41 4.3 메탄산화속도 및 비증식속도 측정 결과 44 4.4 MDH 저해제에 따른 메탄 산화의 영향 분석 결과 46 4.4.1 인산염 저해제 46 4.4.2 NaCl 저해제 49 4.4.3 NH4Cl 저해제 52 4.4.4 EDTA 저해제 55 4.5 메탄산화균 농도 및 시간에 따른 메탄올 생산량 분석 결과 58 4.6 MDH 저해제에 따른 최대 메탄올 발생량 및 메탄올 전환 수율 60 4.7 MDH 활성도와 메탄올 생성량의 상관관계 64 5. 결 론 66 6. 참 고 문 헌 68
URI
http://dspace.inha.ac.kr/handle/10505/22924
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College of Engineering(공과대학) > Environmental Engineering (환경공학) > Theses(환경공학 석박사 학위논문)
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