마찰하전 정전선별법에 의한 혼합플라스틱의 하전특성 및 분리효율에 관한 연구 (A)study on charging properties and separation efficiency of mixed plastics by triboelectrostatic separation원문보기
수직왕복 하전장치와 하전물질들을 고안하여 마찰하전 정전선별의 분리 지표인 플라스틱의 일함수 값과 대전서열을 정립하였다. 또한 파이프라인(pipe-line)과 싸이클론(cyclone) 하전장치를 이용하여 PVC가 함유된 혼합플라스틱의 분리효율 및 실제 폐플라스틱의 ...
수직왕복 하전장치와 하전물질들을 고안하여 마찰하전 정전선별의 분리 지표인 플라스틱의 일함수 값과 대전서열을 정립하였다. 또한 파이프라인(pipe-line)과 싸이클론(cyclone) 하전장치를 이용하여 PVC가 함유된 혼합플라스틱의 분리효율 및 실제 폐플라스틱의 scale-up 적용 연구를 수행하였다. 수직왕복 하전장치를 이용한 플라스틱의 일함수 및 대전서열 관련 연구결과, 먼저 금속의 일함수와 각 플라스틱 하전량의 상관관계를 구하여 범용 플라스틱의 일함수 값을 산정하였다. 또한, 플라스틱 종류별 하전극성 및 대전의 크기를 결정하였다. 하전특성 인자들을 평가한 결과, 하전장치 내 체류시간과 왕복횟수 증가, 입자크기와 상대습도가 감소할수록 플라스틱의 하전량이 증가하여 이들이 하전극성 변화에 관계없이 시료의 하전량에 절대적 영향을 미치는 것을 확인하였다. 단일 시료보다 혼합시료의 마찰하전이 입자/하전장치 외에 일함수 차가 큰 입자/입자간의 하전도 이루어져 더 효과적임을 확인하였다. 유동층 하전장치를 이용한 분리 연구에서 유동층의 파이프라인에 의해 하전된 입자들의 전기장 내에서 궤적을 분석한 결과, 하전량이 클수록, 입자크기가 작을수록 전극방향의 편향력이 증가함을 확인할 수 있었다. 이는 정전분리의 지배력인 정전기력이 입자의 전하량과 전극의 전기장에 비례하고 질량에 반비례관계 때문으로 판단된다. 시뮬레이션(simulation)과 실험(experiment)으로부터 PVC로부터 ABS 분리를 위한 최적의 평균 전하량은 20∼24.5 nC/g에서 구현되었으며, 이때 품위 99.5∼100%와 회수율 95% 이상이었다. 또한 최적 분리대의 위치는 -2 cm 이동한 지점임을 확인하였다. 특히, ABS 분리효율() 곡선은 분리대 위치에 따라 변화의 폭이 민감하였다. 즉, 하전된 입자들이 전기장에 의해 낙하 하는 궤적이 분리효율에 아주 큰 영향을 미치고 있음을 확인하였다. PVC, PET, ABS의 3종 혼합플라스틱 재질분리 실험 결과, 1차 분리실험은 PP하전장치를 이용하여 PVC의 품위와 회수율을 각각 99.4%와 98.1%로 구하였으며, 2차 분리실험은 PET, ABS 시료를 제전기(discharger)로 방전시키고 HIPS하전장치에서 PET의 품위와 회수율을 각각 97.8%와 95.12%로 구하였다. 이를 통해 마찰하전 선별법을 이용한 다종 혼합 폐플라스틱의 분리가능성을 확인하였다. 폐플라스틱 적용실험에 있어 먼저 폐플라스틱 종말품 분리실험 결과, PP, PS, PE 싸이클론 하전장치를 이용하여 PET 품위를 96.8∼98.5%로 구하여 종말품 폐플라스틱을 2∼4등급의 RPF(Reused plastic fuel)로 활용 가능성을 확인하였다. 해초 건조용 폐플라스틱을 이용한 scale-up 마찰하전 정전선별 실험결과, 회수 대상물인 LDPE의 품위와 회수율이 각각 99.8%와 91.5%인 결과를 얻어 해초 건조용 폐플라스틱의 분리 기술을 확립하였다. PVC로부터 ABS 분리에 있어, scale-up이 bench scale에 비해 미소하게 분리효율이 감소하지만 최적조건에서 ABS 품위와 회수율을 각각 99.4%와 94.5%로 얻을 수 있었다. 이를 통해 Table 5.2에서와 같은 공정변수에서 PVC로부터 ABS를 350kg/h로 재질 분리할 수 있음을 확인하였다.
수직왕복 하전장치와 하전물질들을 고안하여 마찰하전 정전선별의 분리 지표인 플라스틱의 일함수 값과 대전서열을 정립하였다. 또한 파이프라인(pipe-line)과 싸이클론(cyclone) 하전장치를 이용하여 PVC가 함유된 혼합플라스틱의 분리효율 및 실제 폐플라스틱의 scale-up 적용 연구를 수행하였다. 수직왕복 하전장치를 이용한 플라스틱의 일함수 및 대전서열 관련 연구결과, 먼저 금속의 일함수와 각 플라스틱 하전량의 상관관계를 구하여 범용 플라스틱의 일함수 값을 산정하였다. 또한, 플라스틱 종류별 하전극성 및 대전의 크기를 결정하였다. 하전특성 인자들을 평가한 결과, 하전장치 내 체류시간과 왕복횟수 증가, 입자크기와 상대습도가 감소할수록 플라스틱의 하전량이 증가하여 이들이 하전극성 변화에 관계없이 시료의 하전량에 절대적 영향을 미치는 것을 확인하였다. 단일 시료보다 혼합시료의 마찰하전이 입자/하전장치 외에 일함수 차가 큰 입자/입자간의 하전도 이루어져 더 효과적임을 확인하였다. 유동층 하전장치를 이용한 분리 연구에서 유동층의 파이프라인에 의해 하전된 입자들의 전기장 내에서 궤적을 분석한 결과, 하전량이 클수록, 입자크기가 작을수록 전극방향의 편향력이 증가함을 확인할 수 있었다. 이는 정전분리의 지배력인 정전기력이 입자의 전하량과 전극의 전기장에 비례하고 질량에 반비례관계 때문으로 판단된다. 시뮬레이션(simulation)과 실험(experiment)으로부터 PVC로부터 ABS 분리를 위한 최적의 평균 전하량은 20∼24.5 nC/g에서 구현되었으며, 이때 품위 99.5∼100%와 회수율 95% 이상이었다. 또한 최적 분리대의 위치는 -2 cm 이동한 지점임을 확인하였다. 특히, ABS 분리효율() 곡선은 분리대 위치에 따라 변화의 폭이 민감하였다. 즉, 하전된 입자들이 전기장에 의해 낙하 하는 궤적이 분리효율에 아주 큰 영향을 미치고 있음을 확인하였다. PVC, PET, ABS의 3종 혼합플라스틱 재질분리 실험 결과, 1차 분리실험은 PP하전장치를 이용하여 PVC의 품위와 회수율을 각각 99.4%와 98.1%로 구하였으며, 2차 분리실험은 PET, ABS 시료를 제전기(discharger)로 방전시키고 HIPS하전장치에서 PET의 품위와 회수율을 각각 97.8%와 95.12%로 구하였다. 이를 통해 마찰하전 선별법을 이용한 다종 혼합 폐플라스틱의 분리가능성을 확인하였다. 폐플라스틱 적용실험에 있어 먼저 폐플라스틱 종말품 분리실험 결과, PP, PS, PE 싸이클론 하전장치를 이용하여 PET 품위를 96.8∼98.5%로 구하여 종말품 폐플라스틱을 2∼4등급의 RPF(Reused plastic fuel)로 활용 가능성을 확인하였다. 해초 건조용 폐플라스틱을 이용한 scale-up 마찰하전 정전선별 실험결과, 회수 대상물인 LDPE의 품위와 회수율이 각각 99.8%와 91.5%인 결과를 얻어 해초 건조용 폐플라스틱의 분리 기술을 확립하였다. PVC로부터 ABS 분리에 있어, scale-up이 bench scale에 비해 미소하게 분리효율이 감소하지만 최적조건에서 ABS 품위와 회수율을 각각 99.4%와 94.5%로 얻을 수 있었다. 이를 통해 Table 5.2에서와 같은 공정변수에서 PVC로부터 ABS를 350kg/h로 재질 분리할 수 있음을 확인하였다.
Charging properties and separation efficiency for the recycling of plastic wastes by triboelectrostatic separation has been studied. In the charging property study, The work function and the triboelectric series of plastics were established and a vertical-reciprocation tribo-charger was designed. Al...
Charging properties and separation efficiency for the recycling of plastic wastes by triboelectrostatic separation has been studied. In the charging property study, The work function and the triboelectric series of plastics were established and a vertical-reciprocation tribo-charger was designed. Also, the charging properties that affect the charge efficiency and charging polarity of plastics were estimated and charger material was selected. In the separation efficiency study, scale-up tests for plastic wastes and the separation of plastics containing PVC, using a pipe line and a cyclone charger were performed. Using the vertical-reciprocation tribo-charger, the correlation between the work function of metals and charge density of plastics was obtained and then the work function of the plastics was established. Also, the triboelectric series which can be used as an important indicator for the separation of plastics was established according to the relationship of the charge polarity and charge density between plastics and charging materials: (negative) HPVC - SPVC - COPP - HOMOPP - LDPE - HDPE - PET - RUBBER - HIPS - Calibre - ABS - GPPS - PMMA (positive). As retention time and reciprocation numbers in the tribocharger increased, and particle size and relative humidity decreased, the charge density of plastics increased regardless of the change of charge polarity. The charge density of an ABS and PVC mixture in an equal amount was found to be about two times higher than individual ABS and PVC. In separation tests, plastic particles were charged in a fluidized bed pipeline tribocharger and then trajectory analysis was conducted in electric field of charged particles. As particle size decreased and charge density increased, the deflection toward electrode increased. It is because electrostatic force ?��? is directly proportional to the charge density of particle and electric field, and inversely proportional to particle mass. In both simulation and experimental tests for the separation of ABS from PVC, the optimum charge density and splitter position were determined to be 20∼24.5 nC/g and +2cm from the center, obtaining an ABS grade of above 99.5% and an ABS recovery of above 95%. In the 1st stage tests for separating three kinds of plastics, namely PVC, PET and ABS, using a pp cyclone charger, a 99.4% PVC grade and a 98.1% PVC recovery were successfully achieved. In the 2nd stage using a HIPS cyclone charger, a respective PET grade and recovery of 97.8% and 95.1% could be obtained. Hence, a possibility of separating PVC, PET and ABS one another in the 2-stage bench-scale triboelectrostastic tests wasverified. In separating final plastic wastes, a PET grade ranging 96.8∼98.5% using a PS, PP, or PE cyclone charger was obtained and then a possibility of plastic wastes used as reused plastic fuel of grade 2∼4 was verified. In the scale-up triboelectrostatic separation of plastic wastes from the dry processing of seaweed(sloke), a respective LDPE grade and recovery of 99.4% and 98.1% were obtained Separation efficiency for separating ABS from PVC in scale-up tests with a feed rate of 350kg/h was slightly lower than that in bench-scale tests, but a high ABS grade and recovery of 99.4% and 94.5% were successfully obtained under the optimum conditions.
Charging properties and separation efficiency for the recycling of plastic wastes by triboelectrostatic separation has been studied. In the charging property study, The work function and the triboelectric series of plastics were established and a vertical-reciprocation tribo-charger was designed. Also, the charging properties that affect the charge efficiency and charging polarity of plastics were estimated and charger material was selected. In the separation efficiency study, scale-up tests for plastic wastes and the separation of plastics containing PVC, using a pipe line and a cyclone charger were performed. Using the vertical-reciprocation tribo-charger, the correlation between the work function of metals and charge density of plastics was obtained and then the work function of the plastics was established. Also, the triboelectric series which can be used as an important indicator for the separation of plastics was established according to the relationship of the charge polarity and charge density between plastics and charging materials: (negative) HPVC - SPVC - COPP - HOMOPP - LDPE - HDPE - PET - RUBBER - HIPS - Calibre - ABS - GPPS - PMMA (positive). As retention time and reciprocation numbers in the tribocharger increased, and particle size and relative humidity decreased, the charge density of plastics increased regardless of the change of charge polarity. The charge density of an ABS and PVC mixture in an equal amount was found to be about two times higher than individual ABS and PVC. In separation tests, plastic particles were charged in a fluidized bed pipeline tribocharger and then trajectory analysis was conducted in electric field of charged particles. As particle size decreased and charge density increased, the deflection toward electrode increased. It is because electrostatic force ?��? is directly proportional to the charge density of particle and electric field, and inversely proportional to particle mass. In both simulation and experimental tests for the separation of ABS from PVC, the optimum charge density and splitter position were determined to be 20∼24.5 nC/g and +2cm from the center, obtaining an ABS grade of above 99.5% and an ABS recovery of above 95%. In the 1st stage tests for separating three kinds of plastics, namely PVC, PET and ABS, using a pp cyclone charger, a 99.4% PVC grade and a 98.1% PVC recovery were successfully achieved. In the 2nd stage using a HIPS cyclone charger, a respective PET grade and recovery of 97.8% and 95.1% could be obtained. Hence, a possibility of separating PVC, PET and ABS one another in the 2-stage bench-scale triboelectrostastic tests wasverified. In separating final plastic wastes, a PET grade ranging 96.8∼98.5% using a PS, PP, or PE cyclone charger was obtained and then a possibility of plastic wastes used as reused plastic fuel of grade 2∼4 was verified. In the scale-up triboelectrostatic separation of plastic wastes from the dry processing of seaweed(sloke), a respective LDPE grade and recovery of 99.4% and 98.1% were obtained Separation efficiency for separating ABS from PVC in scale-up tests with a feed rate of 350kg/h was slightly lower than that in bench-scale tests, but a high ABS grade and recovery of 99.4% and 94.5% were successfully obtained under the optimum conditions.
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