Oil spills caused by the accidents have been occurred from house and factory waste, grounded tanker, the rupture of storage tank and oil pipelines, the deterioration of various industrial facilities, etc. Many oil spills result in contamination of shorelines and workplace. Fire and explosion may hap...
Oil spills caused by the accidents have been occurred from house and factory waste, grounded tanker, the rupture of storage tank and oil pipelines, the deterioration of various industrial facilities, etc. Many oil spills result in contamination of shorelines and workplace. Fire and explosion may happen from these spills. There are several technologies used for clean-up application, which include use of oil dispersing agents, absorbents, solidifiers, booms and skimmers by physical, chemical, and biological methods. Methods for oil spill clean-up operation are classified into the absorption type, gel type and self-swelling type. Porous materials with oil absorptive properties are classified into micropore, mesopore, and macropore depending on their pore sizes. Recently, new porous materials with smaller size have been developed, but the selective oil absorption in water-in-oil interface demonstrates the macro pore size. In this study oil absorption effects were evaluated using the organic porous materials with a complex function of gel type and swelling type. Samples were subjected to analysis by FT-IR spectroscopy and were characterized in terms of gel formation and morphologies. Oil sorption capacity, pressure retention force and gel strength were also measured. From these results, the physicochemical reactivity before and after gelation was verified and the industrial applications of clean-up operation were suggested.
Oil spills caused by the accidents have been occurred from house and factory waste, grounded tanker, the rupture of storage tank and oil pipelines, the deterioration of various industrial facilities, etc. Many oil spills result in contamination of shorelines and workplace. Fire and explosion may happen from these spills. There are several technologies used for clean-up application, which include use of oil dispersing agents, absorbents, solidifiers, booms and skimmers by physical, chemical, and biological methods. Methods for oil spill clean-up operation are classified into the absorption type, gel type and self-swelling type. Porous materials with oil absorptive properties are classified into micropore, mesopore, and macropore depending on their pore sizes. Recently, new porous materials with smaller size have been developed, but the selective oil absorption in water-in-oil interface demonstrates the macro pore size. In this study oil absorption effects were evaluated using the organic porous materials with a complex function of gel type and swelling type. Samples were subjected to analysis by FT-IR spectroscopy and were characterized in terms of gel formation and morphologies. Oil sorption capacity, pressure retention force and gel strength were also measured. From these results, the physicochemical reactivity before and after gelation was verified and the industrial applications of clean-up operation were suggested.
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문제 정의
본 연구에서는 oil absorption polymer의 흡유 특성에 대한 선행 연구")를 기초로 모세관형 및 겔화형유기 다공성 소재의 흡유능을 비교 평가하는데 그 목적이 있다.
제안 방법
수행하였다. 25℃ 온도 조건에서 20mm 직경의 cone type probe를 장착한 상태에서 침투시간(penetration time)을 0.1 sec로 조절하여 겔 투과 저항성을 3회 측정하여 평균값으로 나타내었다.
Gel 형성에 따른 가교 구조 및 표면 형상 변화를 광학현미경(Zoom Stereo Microscope, 50><)을 사용하여 흡유 후 cell 형상을 관찰하였다.
각 원료물질별 포화 흡유 샘플 시료를 대상으로 물리적 가압에 따른 탈유에 의한 중량 감량 측정을 통해 가압 보유력 시험을 수행하였다. 시험은 각 샘플의 초기 중량을 먼저 측정한 상태에서 1kg의 추를 사용 상단 가압한 후 5min 경과한 후의 중량을 측정하여 중량 손실로 계산하였다.
시간대별 흡유율 측정은 최대 흡유율과 동일 공식을 적용하였으며, 예비 시험에 따라 Ihr 간격으로 8hr 동안 시간 경과에 따른 흡유율 변화를 중량 변화로 측정하였다.
가압 보유력 시험을 수행하였다. 시험은 각 샘플의 초기 중량을 먼저 측정한 상태에서 1kg의 추를 사용 상단 가압한 후 5min 경과한 후의 중량을 측정하여 중량 손실로 계산하였다.
예비 시험을 기초로 겔 형성 시험은 유압오일吋血> Drive HP Special 46, HOUGHTON) WOmL 기준으로 다공성 파우더를 10g 충진하여 8hr 경과 후 겔형성을 관찰하였다,
유기 다공성 소재를 대상으로 흡유 전후의 가교에 따른 물리·화학적 특성 변화를 평가하기 위해 400—4000cm-1 범위에서 ATR(Attenuated Total Reflectance, Spectrum GX, Perkin Elmer) 분석을 수행하였다.
유기 다공성 소재의 흡유 효과를 평가하기 위해 원료물질 형태별로 전체 6종의 SBS, MBS, SEBS, NBR을 사용하여 시간 경과에 따른 흡유능을 측정하였다. 흡유능은 겔형성 시험, morphology, 겔 강도 FT-IR, 흡유율, 가압 보유력 시험으로 측정 .
최대 흡유율 측정은 예비 실험을 통해 oil WOmL 기준으로 건조 상태의 다공성 소재를 일정량 투입한 상태에서 흡유 후 8hr 경과에 따른 포화상태 의 중량 변화를 측정하여 다음식에 의해 계산하였다. 여기서 me 흡유 후 전체중량, rqo는 흡유 전 파우더의 중량을 나타낸다.
흡유능은 겔형성 시험, morphology, 겔 강도 FT-IR, 흡유율, 가압 보유력 시험으로 측정 . 분석을 수행하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 유기 다공성 소재는 pellet flake 상으로 원료물질의 형태에 따라 예비 시험에서 흡유특성 이 확인된 SBS(Styrene-Butadiene-Styrene Block Copolymer) 2 종, 그리고 MBS(Methyl methacrylate-Butadiene-Styrene Copolymer) 2종, SEBS(Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene Block Copolymer) 1 종, NBR (Nitrile Butadiene Rubber) 1 종을 선택하여 sample을 제조하였다.
이론/모형
Gel strength 시험은 최대 흡유율 기준 샘플 시료를 대상으로 penetrometer(Walter Herzog GmbH) 를 이용하여 수행하였다. 25℃ 온도 조건에서 20mm 직경의 cone type probe를 장착한 상태에서 침투시간(penetration time)을 0.
성능/효과
5배로 가장 우수한 특성을 나타내었으며, morphology 형상 관찰 결 , 과 흡유 메커니즘은 크게 모세관형과 겔화형으로 구분되었다. FTIR-ATR 분석 결과 SBS와 SEBS는 흡유 후 겔화형 가교 구조를 확인할 수 있었으며, 이에 반해 MBS, NBRe 모세관 현상에 의한 단순 오일흡수형으로 시간대별 흡유율이 시간 경과에 따라 불규칙한 것으로 보아 흡유 후 원료물질 표면에서 탈유 작용이 형성되는 것을 알 수 있었다. 또한 겔 강도시험을 수행한 결과 SBS와 SEBS가 겔 침투 저항성이 높은 것으로 나타나 겔화에 의해 물리적 강도가 향상된 것으로 보인다.
Morphology 특성에 따라 흡유율이 가장 높은 것과 가장 낮은 것을 대표적인 샘플 시료로 ATR mode에 의한 FT-IR 비교 분석 결과 Fig. 3의 결과를 얻을 수 있었다. Fig.
가압 보유력 시험을 통해 탈유에 의한 중량 감소를 측정한 결과 Fig. 6과 같이 겔화형 흡유 메커니즘을 나타내는 SEBS가 가장 낮은 중량 감소를 나타내었으며, SBS와 SEBS가 약 14~19%의 중량 감소를 보였다. 그러나 모세관형 흡유 메커니즘을 갖는 MBS와 NBR 샘플 시료는 상대적으로 25% 이상의 높은 중량 감소를 나타내어 물리적 가압에 의한 계면내 보유력이 취약한 것을 알 수 있었다.
Table 1과 같은 결과를 얻을 수 있었다. 겔 형성유무는 점도변화 및 흡유에 따른 morphology로 확인하였으며, 그 결과 SBS 및 SEBS에서 겔 형성 특성을 관찰할 수 있었다. 이것은 styrene copolymer 계열이 겔화형 흡유 특성을 나타내는 것으로 판단된다.
6과 같이 겔화형 흡유 메커니즘을 나타내는 SEBS가 가장 낮은 중량 감소를 나타내었으며, SBS와 SEBS가 약 14~19%의 중량 감소를 보였다. 그러나 모세관형 흡유 메커니즘을 갖는 MBS와 NBR 샘플 시료는 상대적으로 25% 이상의 높은 중량 감소를 나타내어 물리적 가압에 의한 계면내 보유력이 취약한 것을 알 수 있었다.
또한 Fig. 5와 같이 시간대별 흡유율을 측정한 결과 대부분의 샘플 시료에서 2시간 경과 후 가장 높은 흡유율을 나타내었으며, 이후에는 흡유율이 일정한 양상을 보였다. MBS와 NBR 원료물질은 간에 따른 흡유율이 불규칙적으로 나타나는 것으로 보아 모세관 현상에 의한 흡유 후 가압 보유력이 약해 탈유 작용이 동반되는 것으로 사료된다.
5배의 흡유율로 가장 우수한 특성을 나타내었다. 또한 SBS계 2종과 LDPE가 그 다음으로 흡유 특성이 우수한 것으로 보아 다공도가 상대적으로 높은 샘플 시료가 최대 흡유율에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.
FTIR-ATR 분석 결과 SBS와 SEBS는 흡유 후 겔화형 가교 구조를 확인할 수 있었으며, 이에 반해 MBS, NBRe 모세관 현상에 의한 단순 오일흡수형으로 시간대별 흡유율이 시간 경과에 따라 불규칙한 것으로 보아 흡유 후 원료물질 표면에서 탈유 작용이 형성되는 것을 알 수 있었다. 또한 겔 강도시험을 수행한 결과 SBS와 SEBS가 겔 침투 저항성이 높은 것으로 나타나 겔화에 의해 물리적 강도가 향상된 것으로 보인다. 이와 같은 특성은 가압 보유력 시험에서도 동일하게 나타났다.
시험 결과 SEBS가 흡유율이 3.5배로 가장 우수한 특성을 나타내었으며, morphology 형상 관찰 결 , 과 흡유 메커니즘은 크게 모세관형과 겔화형으로 구분되었다. FTIR-ATR 분석 결과 SBS와 SEBS는 흡유 후 겔화형 가교 구조를 확인할 수 있었으며, 이에 반해 MBS, NBRe 모세관 현상에 의한 단순 오일흡수형으로 시간대별 흡유율이 시간 경과에 따라 불규칙한 것으로 보아 흡유 후 원료물질 표면에서 탈유 작용이 형성되는 것을 알 수 있었다.
유기 다공성 소재의 최대 흡유율을 측정한 결과 SEBS계 원료물질이 자체 중량 대비 약 3.5배의 흡유율로 가장 우수한 특성을 나타내었다. 또한 SBS계 2종과 LDPE가 그 다음으로 흡유 특성이 우수한 것으로 보아 다공도가 상대적으로 높은 샘플 시료가 최대 흡유율에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.
얻을 수 있었다. 측정 결과 SBS와 SEBS가 MBS 및 NBR보다 약 2~3배의 겔 강도를 나타내었다. 이것은 겔화에 의해 powder 입자간 가교 특성이 향상된 결과로 사료된다.
후속연구
이와 같은 특성은 가압 보유력 시험에서도 동일하게 나타났다. 본 연구를 통해 유기 다공성 폴리머에 의한 흡유능이 실험적으로 검증되었으며, 향후 10배 이상의 고흡유율을 나타내는 폴리머를 대상으로 추가 연구를 수행하고자 한다.
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