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문제 정의
- 재질분리 연구를 수행하였다. 본 연구는 순수한플라스틱 시료를 사용한 마찰하전형정전선별 실험에서얻어진 기술을 토대로 진행되었으며, 전극의 서)기, 분리대의 위치, 습도 등의 실험조건을 변화하여 최적 분리조건 및 분리효율을 규명하고자 하였다.
- 본 연구에서는 마찰하전형정전선별법을 적용하여 종말품 heavy group 폐플라스틱을 대상으로 재질분리를위한 하전특성 및 분리특성 연구를 수행하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다. .
- 본 연구에서는 정전선별법 중에서 마찰하전형정전선별법을 적용하여 종말품 heavy group 폐플라스틱을 대상으로 재질분리 연구를 수행하였다. 본 연구는 순수한플라스틱 시료를 사용한 마찰하전형정전선별 실험에서얻어진 기술을 토대로 진행되었으며, 전극의 서)기, 분리대의 위치, 습도 등의 실험조건을 변화하여 최적 분리조건 및 분리효율을 규명하고자 하였다.
제안 방법
- 충돌시킨 후 faraday cage를 사용하여 하전극성 및 하전량을 측정하였다. 그리고 이를 기초로 하여 종말품 heavy group 폐플라스틱의 재질분리를 위한 마찰하전형정전선별법의 하전물질을 선정하였다. Fig.
- 마찰시킨 후, 서로 다른 극으로 하전된 입자를 고전압의 전기장으로 이동시켜 분리하였다. 또한 전극의 전압세기, 분리대의 위치, 공기의 세기, 습도 등의 실험조건을 변화하면서 최적 선별조건 및 분리효율을 확인하였다.
- 입도조절된 시료는 PP 재질이 taping된 cyclone 내부에 공기와 함께 투입하여 충돌 . 마찰시킨 후, 서로 다른 극으로 하전된 입자를 고전압의 전기장으로 이동시켜 분리하였다. 또한 전극의 전압세기, 분리대의 위치, 공기의 세기, 습도 등의 실험조건을 변화하면서 최적 선별조건 및 분리효율을 확인하였다.
- 본 연구에서는 하전물질 선정을 위하여 종말품 heavy group 폐플라스틱의 각 재질을 cutting mill로 파쇄하여 체에 의해 4~6 mm로 입도조절 하였다. 입도 조절된 시료는 자체 제작한 하전통(PVC, PP, PE, PS, PET, ABS)에 투입하고 수직왕복형 하전장치로 마찰 .
- 이들 입자들을 각각의 전극으로 끌어당기기 위해서는 높은 전기에너지가 필요하기 때문이다. 본 연구의 최적전압은 에너지 효율 및 분리효율을 고려하여 30kV로 하였다.
- 의해 4~6 mm로 입도조절 하였다. 입도 조절된 시료는 자체 제작한 하전통(PVC, PP, PE, PS, PET, ABS)에 투입하고 수직왕복형 하전장치로 마찰 . 충돌시킨 후 faraday cage를 사용하여 하전극성 및 하전량을 측정하였다.
- 6은 종말품 heavy group 폐플라스틱의 재질분리를 위한 마찰하전형정전선별법의 실험공정을 나타낸 것으로, 시료를 cutting mill에 의해 파쇄하고 체에 의해 4~6mm로 입도조절 하였다. 입도조절된 시료는 PP 재질이 taping된 cyclone 내부에 공기와 함께 투입하여 충돌 . 마찰시킨 후, 서로 다른 극으로 하전된 입자를 고전압의 전기장으로 이동시켜 분리하였다.
- 입도 조절된 시료는 자체 제작한 하전통(PVC, PP, PE, PS, PET, ABS)에 투입하고 수직왕복형 하전장치로 마찰 . 충돌시킨 후 faraday cage를 사용하여 하전극성 및 하전량을 측정하였다. 그리고 이를 기초로 하여 종말품 heavy group 폐플라스틱의 재질분리를 위한 마찰하전형정전선별법의 하전물질을 선정하였다.
- 하전특성 실험에서 규명된 종말품 heavy group 폐플라스틱의 재질분리에 적합한 PP 재질을 이용하여 연속처리가 가능한 cyclone 하전장치를 개발하였으며, 재질분리를 위한 최적 실험조건을 확립하기 위해 다양한 조건변화 실험을 수행하였다.
성능/효과
- 1. 본 연구에 사용된 시료는 습식 비중선별을 거친 heavy group 산물로서 대부분 PET와 PVC로 구성되어있으며, THF 용액으로 분석한 결과 PET와 PVC가 각각 78.5%와 21.5%로 구성되어 있음을 확인하였다.
- 2. 수직 왕복형 하전장치를 이용한 종말품 heavy group 폐플라스틱의 하전물질 선정 기초실험에서 PET와 PVC의 분극과 하전량을 높일 수 있는 하전재질은 PS, PP, PE 재질이었으며, 하전량은 ±20nC/g 이상이었다. 또한 PET의 분리효율에 대한 하전량의 영향을 관찰하기 위한 실험에서 하전량이 약 3.
- 3. PP cyclone 하전장치를 이용한 분리실험 결과, 최적조건인 전극의 전압세기 30 kV, 공기의 세기 10.28m/ s, splitter position -2cm 그리고 상대습도 40% 이하인 조건에서 PET의 품위와 회수율이 각각 98.5%와 86.2%인 결과를 얻어, 종말품 heavy group 폐플라스틱의 재활용을 위한 재질분리 기술을 확립하였다.
- 7은 종말품 heavy group 폐플라스틱 분리에 효과적인 하전물질을 선정하기 위하여 수직왕복형 하전장치와 다양한 재질의 하전물질들(PS, PE, PP, PVC, ABS, PET)을 이용하여 상대습도 40% 이하, 하전장치의 상하 운동속도 300 rpm 그리고 하전시간 5분인 실험조건에서 종말품 시료(PET, PVC)에 대한 하전특성 실험결과를 나타낸 것이다. Fig. 6에서와 같이 PS, PE, PP 하전물질에서 종말품(PET, PVC)의 하전량이 약 ±20nC/g을 나타내어, ABS, PET, PVC 하전물질보다 효과적이었다. 이와 같은 이유는 PS, PE, PP 하전물질들이 마찰대전 서열상에서 분리대상 시료인 PET와 PVC의 중간에 위치하고 있어, PET와 PVC 시료간의 마찰 .
- 2%로 큰 차이를 보이지 않는다. 그러나 상대습도가 40% 이상이 되면 선별효율이 점차저하되어 상대습도가 가장 높은 70%일 때 PET의 품위와 회수율이 각각 97.4%와 69.0%로 크게 감소되는 것을 알 수 있다. 따라서 선별효율을 높이기 위해서는 상대습도가 40% 이하로 유지되어야 함을 알 수 있다.
- 5% 정도의 기타 고비중 물질이 존재함을 확인하였다. 따라서 THF 용액을 사용하여 분석하였으며, 그 결과 PET와 PVC가각각 78.5%와 21.5%로 구성되어 있음을 확인하였다.
- 또한 splitter position에 따라 PET와 PVC의 회수량이 달라지고, 입자의 하전량이 개개의 입자마다 다르기 때문이다. 따라서 본 연구에서는 PET의 품위와 회수율을 고려하여 splitter position0] negative electrode 쪽으로 2cm 이동한 지점을 최적조건으로 하였으며, 이때 PET의 품위와회수율이 98.5%와 86.2%인 결과를 얻었다.
- 즉, 공기의 세기가 증가하면 시료를 전기장으로 이송하면서 강한 충돌과 마찰에너지를 부여하기 때문에 입자들의 하전량이 증가되기 때문이다. 따라서 본 연구의 최적 공기의 세기는 10.28 m/s임을 알 수 있으며, 이보다 공기의 세기가 증가하면 뚜렷한 선별효율의 증가 없이 공기에너지의 소비만 증가되는 것을 확인하였다.
- 수직 왕복형 하전장치를 이용한 종말품 heavy group 폐플라스틱의 하전물질 선정 기초실험에서 PET와 PVC의 분극과 하전량을 높일 수 있는 하전재질은 PS, PP, PE 재질이었으며, 하전량은 ±20nC/g 이상이었다. 또한 PET의 분리효율에 대한 하전량의 영향을 관찰하기 위한 실험에서 하전량이 약 3.5nC/g에서는 PET의 품위와 회수율이 각각 80%와 53%로 낮았으나, 하전량이 증가하여 약 35nC/g 이상에서는 98.7%의 품위와 87.1%의 회수율을 나타내어 하전량이 증가할수록 PET 의 분리효율이 증가함을 알 수 있었다.
- 본 연구에 사용된 시료는 대전광역시 재활용 사업장에서 습식 비중선별을 거친 heavy group 산물로서 대부분 PET와 PVC로 구성되어 있으며, 0.5% 정도의 기타 고비중 물질이 존재함을 확인하였다. 따라서 THF 용액을 사용하여 분석하였으며, 그 결과 PET와 PVC가각각 78.
- 10은 공기의 세기가 종말품 heavy group 폐플라스틱의 재질분리에 미치는 영향을 나타낸 것이다. 실험결과 공기량이 증가할수록 PET의 품위와 회수율이증가하는 것을 알 수 있다. 즉, 공기의 세기가 가장 적은 4.
- 12는 종말품 heavy group 폐플라스틱의 재질분리에서 실험실의 상대습도가 미치는 영향을 나타낸 것이다. 실험결과 상대습도 40%까지는 PET의 품위와 회수율에 큰 영향을 미치지 않지만, 이보다 상대습도가 증가하면 PET의 품위와 회수율이 크게 감소되어 선별효율을 크게 떨어뜨리게 되는 것을 알 수 있다. 즉, 상대습도가 가장 낮은 20%일 때 PET의 품위와 회수율이각각 98.
- 9는 전극의 전압세기가 PET의 품위와 회수율에 미치는 영향을 관찰하기 위하여, 전극의 전압세기를 5kV에서 40kV까지 변화하며 실험한 결과이다. 실험결과 전극의 전압세기가 높을수록 PET의 품위와 회수율이 증가하여 30 kV 이상 되어야 효과적임을 알 수 있다. 즉, 5 kV에서 각각 85.
- 8은 PET 분리효율에 대한 하전량의 영향을 나타낸 것으로, 전극의 전압세기를 30kV로 고정시키고 하전량의 크기에 따른 PET의 품위와 회수율을 관찰한 것이다. 실험결과 하전량이 증가함에 B라 PET의 품위와 회수율이 함께 증가하였다. 즉, 하전량이 약 3.
- 실험결과 전극의 전압세기가 높을수록 PET의 품위와 회수율이 증가하여 30 kV 이상 되어야 효과적임을 알 수 있다. 즉, 5 kV에서 각각 85.0%와 64.0%이던 PET의 품위와 회수율이 30kV에서는 각각 98.5%와 86.2%로품위는 약 13%, 회수율은 약 22% 증가하였다. 또한 전극의 전압세기가 가장 높은 40kV에서는 PET의 품위와 회수율이 각각 98.
- 실험결과 공기량이 증가할수록 PET의 품위와 회수율이증가하는 것을 알 수 있다. 즉, 공기의 세기가 가장 적은 4.15m/s에서 PET의 품위와 회수율이 각각 88.0% 와 71.0%로 가장 낮지만, 공기의 세기가 증가할수록 품위와 회수율이 증가하여 공기의 세기 10.28 m/s에서는 PET의 품위와 회수율이 각각 98.5%와 86.2% 이었으며, 공기의 세기가 가장 큰 12.45 m/s에서는 각각 98.4%와 88.0%로 크게 증가한 것을 알 수 있다. 이와같이 공기의 세기가 증가하면서 선별효율이 증가한 이유는 입자들의 하전효율이 증가하였기 때문이다.
- 실험결과 하전량이 증가함에 B라 PET의 품위와 회수율이 함께 증가하였다. 즉, 하전량이 약 3.5nC/g일 때는 PET의 품위와 회수율이 각각 80%와 53%로 낮았으나 하전량이 증가하여 약 35nC/g일 따는 98.7%의 품위와 87.1 %의 회수율을 나타내어, 분리효율이 증가하는 것을알 수 있다. 이는 하전량을 극대화할 수 있는 하전장치와 하전기술의 개발이 곧 재질분리 효율을 높일 수 있음을 의미하는 것이다.
후속연구
- 화학적으로 안정되어 있는 난분해성이라 매립지의 조기 안정화와 흙 속에 반영구적으로 잔존하는 문제 그리고 분해시 토양오염 및 유해가스를 대기 중에 발생하는 등 여러 가지 문제를 야기 시킨다. 따라서 정부에서는 EPR 제도를 2003년 1월부터 시행하고 있으며, 향후 폐플라스틱의 소각과 매립을 법으로 규제할 계획에 있어 플라스틱 산업 및 환경보호를 위해서는 재활용 기술 개발이 시급히 이루어져야 할 것이다.4)
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