2004년 이후 EPR 제도의 시행과 더불어 폐플라스틱을 함유한 물질의 소각과 매립을 법으로 규제함에 따라 폐플라스틱 재활용의 필요성이 가중되고 있다. 본 연구는 생활계 폐플라스틱 재활용을 위한 정전선별 기술의 개발을 목적으로, 하전물질과 하전장치를 개발하여 선별효율을 높이고자 하였다. 따라서 우리는 대상 플라스틱의 하전효율과 재질분리에 적합한 하전장치 및 마찰하전형정전선별기를 개발하여 2종 혼합 플라스틱으로부터 PVC를 $99\%$ 이상 제거하였으며, PET와 같이 PVC 함량을 규제하는 경우 최적 실험조건에서 PET 회수율 $80\%$로 PVC를 $99.99\%$ 까지 제거할 수 있는 기술도 개발하였다. 또한 3종 혼합 플라스틱은 $98\%$이상으로 분리하여 플라스틱의 재활용을 높일 수 있는 재질분리 기술을 확립하였다.
2004년 이후 EPR 제도의 시행과 더불어 폐플라스틱을 함유한 물질의 소각과 매립을 법으로 규제함에 따라 폐플라스틱 재활용의 필요성이 가중되고 있다. 본 연구는 생활계 폐플라스틱 재활용을 위한 정전선별 기술의 개발을 목적으로, 하전물질과 하전장치를 개발하여 선별효율을 높이고자 하였다. 따라서 우리는 대상 플라스틱의 하전효율과 재질분리에 적합한 하전장치 및 마찰하전형정전선별기를 개발하여 2종 혼합 플라스틱으로부터 PVC를 $99\%$ 이상 제거하였으며, PET와 같이 PVC 함량을 규제하는 경우 최적 실험조건에서 PET 회수율 $80\%$로 PVC를 $99.99\%$ 까지 제거할 수 있는 기술도 개발하였다. 또한 3종 혼합 플라스틱은 $98\%$이상으로 분리하여 플라스틱의 재활용을 높일 수 있는 재질분리 기술을 확립하였다.
The development of material separation technique for waste plastic recycling are the necessary situation restricted by law the reclamation and incineration of waste plastic after 2004, with enforcement of EPR (Extended Producer Responsibility) system. As the this study is the research on the develop...
The development of material separation technique for waste plastic recycling are the necessary situation restricted by law the reclamation and incineration of waste plastic after 2004, with enforcement of EPR (Extended Producer Responsibility) system. As the this study is the research on the development of electrostatic separation techniques for recycling of life circles waste plastic by development of charging material and charger, the separation efficiency can be improved. Therefore, we developed the charger and electrostatic separator to increase charging efficiency and material separation per object plastics, rising these equipments, we removed PVC up to $99\%$ from two kinds of mixed plastics. And in case of restricting PVC content such as PET, we developed the separation technique that can remove PVC up to $99.99\%$ from PET with PET recovery about $80\%$. Also, as we separated over $98\%$ for three kinds of mixed plastics, and then established material separation technique to increase recycling of plastic.
The development of material separation technique for waste plastic recycling are the necessary situation restricted by law the reclamation and incineration of waste plastic after 2004, with enforcement of EPR (Extended Producer Responsibility) system. As the this study is the research on the development of electrostatic separation techniques for recycling of life circles waste plastic by development of charging material and charger, the separation efficiency can be improved. Therefore, we developed the charger and electrostatic separator to increase charging efficiency and material separation per object plastics, rising these equipments, we removed PVC up to $99\%$ from two kinds of mixed plastics. And in case of restricting PVC content such as PET, we developed the separation technique that can remove PVC up to $99.99\%$ from PET with PET recovery about $80\%$. Also, as we separated over $98\%$ for three kinds of mixed plastics, and then established material separation technique to increase recycling of plastic.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
특히 PVC 재질의 경우 소각 시 유해물질이 방출되어 환경문제를 일으킬 뿐만 아니라, 다른 재질의 재생 및 재활용을 어렵게 만들기 때문에 플라스틱의 재활용을 위해서는 반드시 분리되어야 할 대상이다. 따라서 본 연구에서는 선별에 가장 큰 영향을 미치는 하전특성 및 최적 선별조건을 확립하여, 혼합 폐플라스틱으로부터 PVC를 99% 이상 제거할 수 있는 다음과 같은 결론을 얻었다.
본 연구의 목적은 폐플라스틱 재질 분리에 적합한 하전 장치를 개발하고, 하전효율 및 분리효율을 극대화할 수 있는 최적 선별시스템을 개발하는데 있다. 따라서 생활계 폐플라스틱 재활용 차원에서 가장 문제가 되는 PVC 제거에 적합한 하전 장치를 개발하여 2종 혼합플라스틱으로부터 PVC 제거 실험을 수행하였으며 PVC, COPP, PMMA 의 3종 혼합플라스틱으로부터 PVC 제거 실험도 병행하였다.
제안 방법
따라서 생활계 폐플라스틱 재활용 차원에서 가장 문제가 되는 PVC 제거에 적합한 하전 장치를 개발하여 2종 혼합플라스틱으로부터 PVC 제거 실험을 수행하였으며 PVC, COPP, PMMA 의 3종 혼합플라스틱으로부터 PVC 제거 실험도 병행하였다. 3종 혼합플라스틱 재질분리 실험의 경우 대상 물질을 선정하여 하전 장치에 따라 2단계의 선별과정을 거쳐 전극의 서〕기, 공기량, 상대습도, 하전 장치의 재질, 분리대 위치 등의 조건 실험을 수행하였다. 본 연구에서 개발된 마찰하전형정전선별 장치를 이용한 혼합플라스틱의 재질 분리 실험 결과 2종 혼합 플라스틱으로부터 PVC를 99% 이상 제거할 수, 있는 선별기술을 개발하였으며 3종 이상 혼합된 플라스틱은 98%이상 재질분리를 할 수 있는 선별기술을 개발하여 플라스틱의 재활용을 높일 수 있는 재질 분리 기술을 확립하였다.
3에서와같이 cutting mill에 의해 시료를 파쇄하여 4~6mm로 입도 조절 후 공기와 함께 하전 장치로 투입하여 마찰, 충돌시킨 후 일함수 값 차에 의해 서로 다른 극으로 분극 된 시료를 고전압의 전극 판 사이로 자유 낙하시켰다. Positive 전극과 negative 전극으로 편향된 각각의 산물에 대해 faraday cage를 이용하여 하 전량을 측정하였다. Fig.
있는 최적 선별시스템을 개발하는데 있다. 따라서 생활계 폐플라스틱 재활용 차원에서 가장 문제가 되는 PVC 제거에 적합한 하전 장치를 개발하여 2종 혼합플라스틱으로부터 PVC 제거 실험을 수행하였으며 PVC, COPP, PMMA 의 3종 혼합플라스틱으로부터 PVC 제거 실험도 병행하였다. 3종 혼합플라스틱 재질분리 실험의 경우 대상 물질을 선정하여 하전 장치에 따라 2단계의 선별과정을 거쳐 전극의 서〕기, 공기량, 상대습도, 하전 장치의 재질, 분리대 위치 등의 조건 실험을 수행하였다.
분리변수 및 분리 효율을 예측할 수 있다. 따라서 하 전량을 높일 수 있는 하전 장치와 시료 혼합상태, 공기량 그리고 상대습도 등의 하전 조건에 따른 하전 특성을 조사하였다. Fig.
7은 하전 장치를 통과하여 하전 된 입자들을 반대 전극으로 편향시켜 선별효율을 높일 수 있는 전극의 전압 세기 변화실험결과를 나타낸 것이다. 먼저 COPP와 PMMA로부터 PVC를 분리하기 위한 1차 선별실험에서 전극의 전압세기를 5kV에서 25kV까지 변화하여, 이들이 재질분리에 미치는 영향을 관찰하였다. 1차 실험에서도 알 수 있듯이 전압 세기가 커질수록 분리 효율이 증가하여 20 kV 이상이 효과적임 을 알 수 있으며 , COPP와 PMMA의 재질 분리를 위한 2차 선별실험에서는 전극의 전압 세기를 10kV에서 30 kV 까지 변화시켜 실험한 결과 전극의 전압 세기 25 kV 이상이 효과적임을 알 수 있다.
본 실험에서는 PVC:COPP:PMMA의 혼합비가 1:1:1 인 시료를 대상으로 PVC를 하전 물질로 사용하여 PVC 와 COPP, PMMA를 1차로 분리하였으며, PPC를 하전 물질로 이용하여 COPP와 PMMA를 2차로 분리하였다. Fig.
하전 되기 때문에 분리대의 위치에 따라 회수 대의 넓이가 결정되기 때문이다. 분리대의 위치가 negative 전극으로 -2cm 이동한 지점이 -4cm 이동한 지점보다 ABS의 품위는 낮으나 회수율이 높아 선별효율이 비슷하나, PVC 재질의 경우 소량만 혼입되어도 재활용이 어렵기 때문에 본 연구에서는 비슷한 선별효율이지만 -4cm 지점을 최적 실험조건으로 하였다.
2는 마찰하전형 정전선별기와 주변 기기들의 도식적 그림을 나타낸 것으로, 투입 대와 하전대 그리고 분리대로 구성되어 있다. 실험 방법은 Fig. 3에서와같이 cutting mill에 의해 시료를 파쇄하여 4~6mm로 입도 조절 후 공기와 함께 하전 장치로 투입하여 마찰, 충돌시킨 후 일함수 값 차에 의해 서로 다른 극으로 분극 된 시료를 고전압의 전극 판 사이로 자유 낙하시켰다. Positive 전극과 negative 전극으로 편향된 각각의 산물에 대해 faraday cage를 이용하여 하 전량을 측정하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 시료는 석유화학공장에서 제조된 플라스틱 원료 산물이다. Fig.
이론/모형
습식 비중선별, 부유선별, 색 선별 그리고 분광법 등이 있다. 본 연구에서는 혼합 폐플라스틱의 모든 재질의 분리가 가능한 정전선별법을 적용하였다. 정전기적 현상은 복사기, 프린터, 정전 필터 집진 시스템, 정전 분체도장, 다색칼라 도장에 응용되고 있으며, 유용 광물의 처리와 석탄 및 석탄회의 선별처리에 이용되어 왔다槌).
성능/효과
1. 하전효율의 향상을 위한 하전 특성 실험 결과 PP 재질의 하전장치를 이용하여 PVC와 ABS 시료를 각각 하전 시키는 것보다 PVC와 ABS 시료를 1:1로 혼합하여 하전 시키는 것이, 하전 장치뿐만 아니라 혼합된 입자들 간의 충돌에 의한 하전도 이루어져 하전 값이 10-20 nC 이상 높게 나타났다.
먼저 COPP와 PMMA로부터 PVC를 분리하기 위한 1차 선별실험에서 전극의 전압세기를 5kV에서 25kV까지 변화하여, 이들이 재질분리에 미치는 영향을 관찰하였다. 1차 실험에서도 알 수 있듯이 전압 세기가 커질수록 분리 효율이 증가하여 20 kV 이상이 효과적임 을 알 수 있으며 , COPP와 PMMA의 재질 분리를 위한 2차 선별실험에서는 전극의 전압 세기를 10kV에서 30 kV 까지 변화시켜 실험한 결과 전극의 전압 세기 25 kV 이상이 효과적임을 알 수 있다. 이와 같이 1차 및 2차 실험의 전압 세기가 다른 이유는 1차 실험에 비해 2차 실험에서의 입자 하전량이 더 낮게 나타나 상대적으로 더 높은 전극의 전압세가 필요하기 때문이다.
2. 단일 시료를 대상으로 한 하전량 측정값보다 혼합시료를 대상으로 한 하전 값이 크기 때문에 실제 이론값보다 선별효율이 높게 나타날 수 있음을 알 수 있으며 , 본 연구에서는 공기량 10.28 m/s, 상대습도 40% 이하 등의 실험조건에서 PVC와 ABS의 하전 값이 각각 -47nC/g과 51:'5nC/g인 결과를 얻었다.
3. PVC와 COPP 그리고 PMMA 3종 혼합 플라스틱 재질분리를 위해 하전 물질로 PVC를 사용한 1차 실험 결과, 전압세기 20 kV, 공기량 8.3 m/s 그리고 분리대 위치 positive 전극 쪽으로 4cm 지점에서 PVC의 품위와 회수율이 각각 약 99.3%와 95%인 결과를 얻었다. 또한 PPC를 하전 물질로 이용하여 COPP와 PMMA를 분리하기 위한 2차 실험 결과, 전압 세기 25 kV, 공기 량 :10.
3. 마찰하전 형 정전 선별기를 이용하여 PVC와 ABS 재질을 분리하기 위한 실험 결과, 최적 실험조건인 전극의 전압 세기 20 kV 그리고 분리대 위치 negative 전극 쪽으로 4cm 지점에서 ABS의 품위와 회수율이 각각 약 99.5%와 98.1 %인 결과를 얻었다.
즉, 하 전량이 작은 입자들은 하 전량이 큰 입자들보다 전극으로 편향되는 에너지가 낮기 때문에 분리대 위치를 변화시켜 분리 효율을 높여야 한다. PVC를 제거하기 위한 1차 선별실험에서는 PVC의 품위와 회수율을 고려하여 최적 분리대의 위치가 전기장의 가운데(0)에서 positive 전극으로 4cm 이동한 지점임을 알 수 있으며, COPP와 PMMA 분리를 위한 2차 실험에서는 1차 실험과 반대인 negative 전극으로 분리대를 2cm 이동한 지점이 가장 선별효율이 높은 것을 알 수 있다.
VC와 ABS를 각각 단일 상태에서 하전 시킨 것과 1:1로 혼합하여 하전 시킨 결과를 공기량의 속도에 따라 나타낸 결과이다. 단일 시료와 혼합된 시료에 대한 하전특성 실험 결과 PVC, ABS 단일시료보다 이들을 1:1로 혼합한 시료의 하 전량이 더 높은 것을 알 수 있다. 이는 혼합된 시료의 경우 하전 장치와의 마찰 및 충돌이 이루어지면서 일함수 값의 차이가 큰 두 시료 간의 마찰 및 충돌도 함께 이루어져 하전효율을 높이기 때문이다.
3%와 95%인 결과를 얻었다. 또한 PPC를 하전 물질로 이용하여 COPP와 PMMA를 분리하기 위한 2차 실험 결과, 전압 세기 25 kV, 공기 량 :10.28 m/s, 분리대 위치 negative 전극으로 2cm인 지점에서 COPP의 품위와 회수율이 각각 약 98.35%와 85%인 결과를 얻었다.
3종 혼합플라스틱 재질분리 실험의 경우 대상 물질을 선정하여 하전 장치에 따라 2단계의 선별과정을 거쳐 전극의 서〕기, 공기량, 상대습도, 하전 장치의 재질, 분리대 위치 등의 조건 실험을 수행하였다. 본 연구에서 개발된 마찰하전형정전선별 장치를 이용한 혼합플라스틱의 재질 분리 실험 결과 2종 혼합 플라스틱으로부터 PVC를 99% 이상 제거할 수, 있는 선별기술을 개발하였으며 3종 이상 혼합된 플라스틱은 98%이상 재질분리를 할 수 있는 선별기술을 개발하여 플라스틱의 재활용을 높일 수 있는 재질 분리 기술을 확립하였다.
즉 하 전량이 작은 입자들은 하 전량이 높은 입자들보다 전극으로 이끌리는 힘이 떨어지기 때문에 분리대 위치를 변화 시켜 분리 효율을 높일 필요가 있다. 분리대의 위치변화에 대한 실험결과를 분석해보면 분리대의 위치가 positive 전극으로 이동할 수 록 ABS 회수율은 증가하나 품위가 떨어지고 반대로 negative 전극으로 이동할 수 록 ABS 회수율은 감소하나 품위가 증가하는데, 이는 PVC 재질은 negative로 하전 되고 ABS 재질은 positives. 하전 되기 때문에 분리대의 위치에 따라 회수 대의 넓이가 결정되기 때문이다.
참고문헌 (13)
Li, T. X., Ban, H., Hower, J. C., Stencel, J. M. and Saito, K., 1999: Dry triboelectrostatic separation of mineral particles: A Potential Application in Space Exploration, Journal of Electrostatics, 47, pp. 133-142
Jean Cross, 1987: Electrostatics: principles, problems and applications, Adam Hilger, pp. 17-46, pp. 237-242, pp. 425-433
Manouchehri, H. R., 2000: Review of Electrical separation methods, Mineral and Metallurgical Processing, 17, pp.23-36
Kelly, E. G. and Sottiswood, D. J., 1988: The theory of electrostatic separations: a Review, Part.I, Fundamentals, Minerals Engineering, 2(1), pp. 33-46
Jing Wei and Matthew J. Realff, 2003: Design and optimization of free-fall electrostatic separators for plastics recycling, AIChE Journal, Vol. 49, No. 12, pp. 3139-3149
Dr. Michael B. Biddle, 1999: Electrosatatic separation, APC Durahles recycling workshopIII, pp.118-127
Hearn, G. L. and Ballard, J. R., 2005: The use of electrostatic techniques for the identification and sorting of waste packaging material, Resources, Conservation & Recycling, 44, pp. 91-98
Matsushita, Y. and Mori, N. 1999: Electrostatic separation of plastics by friction mixer with rotary blades, Electrical Engineering in Japan, 127, pp. 33-40
Higashiyama, Y., Ujiie, Y. and Asano, K., 1997: Triboelectrification of plastic particles on a vibrating feeder laminated with a plastic film, Journal of Electrostatics, 42( 1-2), pp. 63-68
Woodhead, S. R. and Armour-Chelu, D. I., 2003: The influence of humidity, temperature and other variables on the electric charging characteristics afparticulate aluminium hydroxide in gas-solid pipelines flows, Journal of Electrostatics, 58(3-4), pp. 171-183
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.