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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 전보의 목질폐잔재중 용이하게 입수할 수 있는 간벌재에 이어 목재성분 이외에 접착제 등 이물질이 혼합된 목질재료(합판, 파티클보드, 하드보드, MDF 및 이들에 대해 오버레이한제품)에 대하여 그 기초적 제탄 기술 확립과, 이 탄화물을 이용하여 토양개량, 탈취, 수분 등의 흡착, 미생물 활동 담체, 하천등의 수질정화제 등으로 이용하는데 기초자료가 되는 탄화물의 몇 가지 성능을 조사하고, 성능과 탄화온도 및 시간과의 관계 및 간 벌재 탄화물의 성능과도 비교 검토하였다.
- 폐목질재료의 탄화이용을 위한 제탄기술 확립과 이 탄화물들을 토양개량, 탈취 수분등의 흡착, 미생물 활동 담체, 하천등 수질정화제 등으로의 이용 가능성을 알아보기 위해 탄화물의 몇 가지 성능을 조사한 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- 고정탄소를 분석하였다. 그리고 목질 재료에 사용된 요소수지 접착제와 활성탄 (Duksan pure chemicals co.)에 대해서도 분석을 하였다.
- 목질재료간에는 합판, 파티클보드가 하드보드나 MDF보다 높은 값을 나타냈다. 또한 비교를 위해 시판 활성탄과 요소수지 접착제의 수소이온농도 값도 나타냈다. 간벌재와 목질 재료 탄화물의 수소이온농도 값을 비교하면 각 탄화온도와 시간에서 목질재료의 탄화물이 높은 경향을 나타냈다.
- 목질재료 탄화물에 대해 온도 20℃, 각종의 RH (90%, 65%, 25%) 조건에서 홉습성을 조사하였다
- 목질재료 탄화물을 60 mesh 이하로 분쇄 후, 공업분석(JIS M 8812 석탄시험법^ 의해 수분, 회분, 휘발분, 고정탄소를 분석하였다. 그리고 목질 재료에 사용된 요소수지 접착제와 활성탄 (Duksan pure chemicals co.
- 목질재료 탄화물의 안전성 평가는 목질재료 탄화물을 통과한 수돗물과 증류수를 수돗물 수질검사기준에 준한 수질검사로 평가했으며, 특히 분말활성탄의 선정표준(JWWA K 113-1947)이 정하는 기준 내에 속하면 안전한 것으로 평가했다. 여과 방법은 Fig.
- 목질재료에 대해 석탄시험법으로 수분, 회분, 휘발분, 고정탄소를 분석하였다(Table 2). 목질재료는 회분이 0.
- 목질재료원료에 대해 60 mesh 이하로 분쇄 후 공업분석(JIS M 8812 석탄시험법)에 의해 수분, 회분, 휘발분, 고정탄소를 분석하였다.
- 보수성(有馬등 199肉은 60 mesh 목탄분 5g을 취해 비이커에서 충분히 물을 흡착시킨 후, 여과지를 이용해 수분을 분리하고 샤레에 옮겨 항온항습실에서 10일간 중량감소를 측정하여 보수성을 조사하였다. 수분을 분리할 때 입도가 작으면 여과지에 목탄입자가 부착되어 최초에 측정한 양보다 적게 되므로 후에 보정하였다.
- Table 6은 목질재료 탄화물의 안전성을 평가한 것이다. 안전성 평가는 수돗물 수질검사 기준으로 평가했다. 수도용 분말활성탄은 분말활성탄 선정표준(JWWA K 113-1947 일본약물협회)이 정하는 기준범위 및 기준내에 속하면 안전한 것으로 평가하고 있다.
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2.2 탄화시험
탄화처리에 대한 기본적 지식을 얻기 위해 전기로 (F48025 Thermolyne, USA)를 이용하여 실내에서 400℃, 600℃ 및 &XTC의 각각의 탄화온도에서 4, 6 시간 탄화하여 온도와 시간에 따른 수율, 수축율, 비중을 측정하였다
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대상 데이터
- 본 실험에 사용된 이물질혼합 목질잔폐재(목질 재료)는 합판, 파티클보드, 하드보드 및 MDF와 이 목질 재료에 멜라민을 오버레이한 제품으로, 이들을 종류별로 입수하여 공업분석 및 실내 전기로에 의한 탄화실험을 위한 샘플제조를 하였다. 각 목질 재료에 대한 종류 및 비중은 Table 1과 같다.
이론/모형
- 수소이온농도 실험은 활성탄 시험법(JIS K 1470) 에 따라 시료 1.0g(전건중량환산)을 200ml 삼각프라스크에 넣고 물 100ml를 첨가하여 5분간 끓인 후 상온까지 냉각하였다. 그 후 물을 첨가하여 100 ml로 만든 후, 잘 저어서 수소이온농도를 측정하였다.
성능/효과
- 1. 목질재료를 공업분석한 결과 고정탄소는 17-20 %, 회분은 0.37 ~2.27%, 휘발분은 70~74%로 나타났다.
- 2. 탄화수율은 온도가 높아지면 수율이 감소되었으나시간의 영향은 없었고 목질재료간의 차가 없었다. 수축율은 두께방향이 너비 및 길이방향 보다 현저히 높게 나타났고, 탄화 후 비중은 탄화전보다 30 ~40% 감소하였다.
- 3. 목질재료 탄화물의 공업분석을 보면 회분은 1.08~ 4.18%, 휘발분은 5.88 ~13.79%, 고정탄소는 80.15 ~90.94%를 나타냈다.
- 4. 수소이온농도는 목질재료의 탄화 온도가 높아질수록 높게 나타났다. 탄화온도 400℃의 경우 약 pH 7 이상을 나타냈고, 600℃와 800℃의 경우는 약 pH 10 정도를 나타냈다.
- 5. 보수성은 탄화온도와 시간의 조건에 따른 영향이 없었다. 또한 목질재료 탄화물간에는 차 가 없었으며, 초기 24시간내의 보수성은 시료무게의 약 2~2.
- 6. 간벌재탄화물의 흡습성은 20t, RH 90%에서 9.40 ~11.82%, 201, RH 65%에서 6.87-7.61%, 20 RH 25%에서 1.69~2.81%로 나타났다. 목질 재료 탄화물의 조습능력은 20P, RH 90%에서의간벌재 탄화물과 비슷한 값(약 9%~11%)을 보였으나 20℃, RH 25%, 65%에서는 목질재료 탄화물의 흡습력이 약 2~3% 높게 나타났다'
- 7. 목질재료 탄화물의 안전성평가는 모든 목질 재료에서 분말 활성탄 선정표준(JWWA K 113-1947) 이정하는 기준치를 만족하였다.
- 有馬등(19%)은 목질재료의 탄화물을 흡습재로서의 가능성을 알아보기 위해 수종의 목질 재료와 삼나무의 500t 탄화물의 흡습성을 조사하였는데 2 0t, RH 65%에서의 흡습성이 6~8%로 본 보고와 비슷한 값을 보였고, 삼나무는 가장 작은 값을 나타냈다. RH 90%에서의 흡습력은 간벌재 탄화물과 목질 재료 탄화물이 비슷한 값을 보였으나, 20℃, RH 25%, 65%에서는 목질재료 탄화물이 간벌재 탄화물보다 높은 평형함수율을 나타내 흡습재료로 사용시더 유리하리라 생각된다.
- 휘발분은 70~74%로 나타났고, 고정탄소는 약 17~20%로 회분량이 많은 합판, 파티클보드가 하드보드나 MDF보다 낮은 경향을 나타냈다. 각 목질 재료에서는 멜라민을 오버레이한 것이 회분과 고정탄소에서 높게 나타났고, 휘발분에서는 적은 값을 나타냈다. 간벌재(김등 1999)에서는 회분이 0.
- 또한 비교를 위해 시판 활성탄과 요소수지 접착제의 수소이온농도 값도 나타냈다. 간벌재와 목질 재료 탄화물의 수소이온농도 값을 비교하면 각 탄화온도와 시간에서 목질재료의 탄화물이 높은 경향을 나타냈다. 이물질혼합 목질잔폐 재인 목질 재료탄화물의 수소이온농도 값이 간벌재보다 오히려 높게 나타나 토양 개량제 둥에는 유리 할 것으로 사료된다.
- 5는 목질재료의 탄화시간 4시간에서 탄화온도 400℃, 600℃, 800℃에 따른 수소이온농도를 나타낸 것이다. 간벌재의 경우 탄화온도가 높을수록 높은 수소이온농도 값을 나타냈으나 목질재료에서는 600P와 800℃에서 차가 없는 것으로 나타났다. 합판과 파타클보드의 경우 400℃, 4시간의 수소이온농도 값은 약 9를 나타냈고 800℃, 4시간의 경우는 10 에 가까운 값을 나타냈다.
- 목질재료간에는 뚜렷한 차이나 일정한 경향을 볼 수 없었으며, 멜라민 수지를 오버레이한 제품이 오버레이하지 않은 제품보다 각 목질 재료에서 약간 높은 경향을 나타냈다. 간벌재의 수율과 비교하면 각 온도와 시간에서 목질재료가 적게는 약 5% 정도, 많게는 약 10% 정도 높은 수율을 나타냈다. Fig.
- 상대적으로 회분은 간벌재보다 목질 재료의 탄화물에서 약간 높은 경향을 나타냈고 고정탄소는 비슷하게 나타냈다. 따라서 간벌재와 목질 재료탄화물의 공업분석의 결과 목질재료의 탄화물이 간벌 재와 비교해 고정탄소에 차이가 없는 것으로 나타났고 오히려 무기물인 회분량이 많아 토양 개량제 등에는 유리할 것으로 사료된다.
- 이물질혼합 목질잔폐 재인 목질 재료탄화물의 수소이온농도 값이 간벌재보다 오히려 높게 나타나 토양 개량제 둥에는 유리 할 것으로 사료된다. 또한 600P, 4시간에서 수소이온농도 값이 10에 가깝게 도달해 토양산도 교정용으로 이용할 때는 600℃, 4 시간으로 충분할 것으로 사료된다. 비교를 위해 시판 활성탄의 결과도 함께 나타냈다.
- 보수성은 탄화온도와 시간의 조건에 따른 영향이 없었다. 또한 목질재료 탄화물간에는 차 가 없었으며, 초기 24시간내의 보수성은 시료무게의 약 2~2.5배 정도로 나타났고, 그 후 평형 함수율은 2~10%를 나타냈다.
- 탄화온도 400℃의 경우 약 pH 7 이상을 나타냈고, 600℃와 800℃의 경우는 약 pH 10 정도를 나타냈다. 목질재료 탄화물 중에서는 합판, 파티클보드가 섬유판보다 수소이온농도가 높았다.
- 간벌재에서는 탄화온도와 시간이 증가함에 따라서 탄화 수율은 감소하는 경향을 나타냈다. 목질재료간에는 뚜렷한 차이나 일정한 경향을 볼 수 없었으며, 멜라민 수지를 오버레이한 제품이 오버레이하지 않은 제품보다 각 목질 재료에서 약간 높은 경향을 나타냈다. 간벌재의 수율과 비교하면 각 온도와 시간에서 목질재료가 적게는 약 5% 정도, 많게는 약 10% 정도 높은 수율을 나타냈다.
- 탄화수율은 온도가 높아지면 수율이 감소되었으나시간의 영향은 없었고 목질재료간의 차가 없었다. 수축율은 두께방향이 너비 및 길이방향 보다 현저히 높게 나타났고, 탄화 후 비중은 탄화전보다 30 ~40% 감소하였다.
- 94%로 합판과 파티클보드가 하드보드 및 MDF보다 낮은 값을 나타냈다. 원료의 공업분석에서는 각 목질재료에서 멜라민을 오버레이한 것이 회분과 고정탄소에서 높게 나타났고, 휘발분에서는 적은 값을 나타냈으나 탄화물의 공업분석에서는 그러한 경향을 나타내지 않았다. 이는 탄화로 LPM 의 영향이 그만큼 줄었기 때문이라고 생각한다.
- 간벌재와 목질 재료 탄화물의 수소이온농도 값을 비교하면 각 탄화온도와 시간에서 목질재료의 탄화물이 높은 경향을 나타냈다. 이물질혼합 목질잔폐 재인 목질 재료탄화물의 수소이온농도 값이 간벌재보다 오히려 높게 나타나 토양 개량제 둥에는 유리 할 것으로 사료된다. 또한 600P, 4시간에서 수소이온농도 값이 10에 가깝게 도달해 토양산도 교정용으로 이용할 때는 600℃, 4 시간으로 충분할 것으로 사료된다.
- 5~3배) 보다 낮았으며, 액상의 수분은 경과 시간 12시간 정도에 증발되어 평형상태로 되었고, 평형 함수율은 약 2~10%로 간벌재 탄화물(2~10% 범위)과 비슷한 값을 보였다. 초기 간벌재 탄화물과 목질 재료 탄화물의 보수량 차를 알아보기 위해서 목질 재료 제조시 사용한 요소수지의 보수성을 측정한 결과 요소수지 접착제 탄화물의 초기보수성은 시료 무게의 약 2배로 나타났다. 따라서 목질재료는 접착제의 영향으로 보수성이 낮은 것으로 사료된다.
- 이것은 탄화 전 수분의 공업분석치와는 반대의 경향으로 탄화전에는 LPM의 오버레이로 수분차단 효과가 있었으나 탄화후 분쇄로 오버레이 효과의 상실에 의한 것으로 생각한다. 회분과 휘발분은 각각 1.08~ 4.43%, 6.31 ~10.83%로 이 중 합판과 파티클 보드가 하드보드 및 MDF보다 높은 값을 나타냈고, 고정탄소는 80.15 ~ 90.94%로 합판과 파티클보드가 하드보드 및 MDF보다 낮은 값을 나타냈다. 원료의 공업분석에서는 각 목질재료에서 멜라민을 오버레이한 것이 회분과 고정탄소에서 높게 나타났고, 휘발분에서는 적은 값을 나타냈으나 탄화물의 공업분석에서는 그러한 경향을 나타내지 않았다.
후속연구
- 그러나 목탄을 흡착제로 이용하기 위해서는 목탄의 세공구조 및 비 표면적과 흡착특성 파악 등의 기초물성 조사가 필수적이나 우리나라에서는 각 수종과 목질폐잔재 탄화물에 대한 조사는 전무하고 숯에 대한 이해는 지극히 제한되어, 모든 수종의 탄화물을 같은 성능의 것으로 인식하고 있다. 따라서 목탄산업을 발전시키기 위해서는 대량간벌이 예상되는 수종과 폐기되는 목질 폐 잔재 목탄의 물성과 제조 특성을 조사하여 이들 목탄이 이용 목적에 맞게 사용되어져야 할 것으로 생각된다.
- 공업적 탄화로가 증설되었다. 앞으로 목탄은 위의 이용 이외에 전자파 차단제, 건강재료등 이용범위의 확대로 생산량은 더욱 증가되어 우리나라의 목탄산업은 활성화 될 것으로 생각된다. 그러나 목탄을 흡착제로 이용하기 위해서는 목탄의 세공구조 및 비 표면적과 흡착특성 파악 등의 기초물성 조사가 필수적이나 우리나라에서는 각 수종과 목질폐잔재 탄화물에 대한 조사는 전무하고 숯에 대한 이해는 지극히 제한되어, 모든 수종의 탄화물을 같은 성능의 것으로 인식하고 있다.
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