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문제 정의
- 본 연구의 목적은 크라프트 펄프에서 금속 종류 및 산처리 조건에 따른 금속 제거 효과와 백색도의 변화, 그리고 특히 재생 펄프에서 산처리의 영향을 구명하는데 있다.
제안 방법
- 2% 계면활성제를 넣고 펄프농도를 11%로 재조정하여 20분 동안 해리하였다. ONP에서만 황변현상을 억제시키기 위하여 1% Na2SiO3와 1% H2O2를 첨가하였다.
- ONP (old newspaper)는 일간지로 발간 2주일 이내의 시료를 사용하였고, OCC (old corrugated containers)는 국내에서 제조한 골판지를 이용하였다. SC(super calendered paper)는 국내 인쇄소에서 나온 용지를 수집하여 사용하였으며, MOW (mixed office wastepaper)는 ONP(15), OCC(10), OMG(5), WL(50), Color paper(20)의 조성 비율로 혼합하여 처리하였다.
- 고농도 펄퍼로 완전 해리한 ONP, OCC, MOW 및 SC 시료 각각 160 g을 부상부유 셀 내에서 45℃ 온수로 펄프의 농도를 1%로 만들고 CaCl2 (200 ppm)를 첨가한 후, 공회전시켜 잘 섞이도록 하였다. 그 다음 공기 유속을 10 ℓ/min으로 하여 10분간 부상부유를 실시하였다.
- 4% DTPA 순으로 3단계 세척을 실시하였다. 그리고 각 세척 단계전에 pH 미터를 이용하여 각 용액의 pH를 측정하였다. 이렇게 펄프를 3단계로 세척하여 탈양이온 펄프(cation free pulp; CF pulp)를 제조하였다.
- 본 연구에서는 캐나다 Canfor 社의 표백된 침엽수 크라프트 펄프(SW-BKP)와 미국 Stone Container Corperation 社의 표백된 활엽수 크라프트 펄프(HW-BKP) 시트(sheet)를 2 ㎝ × 2 ㎝로 재단하여 3:7의 비율로 혼합하였다.
- 산추출은 실험실용 프레스로 압착된 펄프 시료를 H2SO4 (0, 2, 3%) 용액으로 펄프 농도가 3%가 되도록 조절한 후, 주어진 온도 (20, 50, 80℃)에서 60분간 실시하였다.
- 산추출은 탈묵한 시료를 3% H2SO4, 펄프 농도 3%, 그리고 20℃에서 60분간 실시하였다.
- 원시료, 탈양이온 시료, 금속 흡착시료와 산추출 처리한 시료들을 평량 100 g/㎡로 초지하여 L&W사의 Elrepho 기기를 사용하여 ISO 백색도를 측정하였다.
- 그리고 각 세척 단계전에 pH 미터를 이용하여 각 용액의 pH를 측정하였다. 이렇게 펄프를 3단계로 세척하여 탈양이온 펄프(cation free pulp; CF pulp)를 제조하였다.
- 이상의 방법으로 전처리한 시료에 함유된 금속 함량은 기초과학지원연구소 서울 분소에 있는 유도결합플라스마장치(inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer; ICP-AES)를 이용하여 정량하였다.
- 재생 펄프의 처리는 재펄핑, 부상부유 및 산처리 과정을 거처 실시하였다.
- 침엽수·활엽수 표백 크라프트펄프 혼합 원시료, 탈양이온 시료 (CF pulp), 금속 흡착시료 및 산추출 처리한 시료의 금속 함량을 분석하였다.
- 탈양이온 펄프에 금속 이온을 흡착시키기 위해 CuCl2 (3 m㏖/ℓ), FeCl2 (3 m㏖/ℓ), CaCl2 (5 m㏖/ℓ), 및 CuCl2+CaCl2. (3/5 m㏖/ℓ) 수용액 7.
- 탈양이온 펄프 제조는 3단계 세척으로 실시하였다. 해리한 시료를 실온에서 펄프 농도 3%, 반응시간 60분으로 하여 1차 3% NaOH, 2차 3% HCl, 3차 0.4% DTPA 순으로 3단계 세척을 실시하였다. 그리고 각 세척 단계전에 pH 미터를 이용하여 각 용액의 pH를 측정하였다.
- 해섬은 450 g(전건기준)의 각 시료를 물과 혼합하여 펄프농도를 13%로 조절한 후 고농도 펄퍼에서 온도 45℃, 600 rpm의 로터 속도로 일차적으로 20분간 해섬하였다. 그 다음 1% NaOH와 0.
대상 데이터
- ONP (old newspaper)는 일간지로 발간 2주일 이내의 시료를 사용하였고, OCC (old corrugated containers)는 국내에서 제조한 골판지를 이용하였다. SC(super calendered paper)는 국내 인쇄소에서 나온 용지를 수집하여 사용하였으며, MOW (mixed office wastepaper)는 ONP(15), OCC(10), OMG(5), WL(50), Color paper(20)의 조성 비율로 혼합하여 처리하였다.
- 탈양이온 펄프 제조는 3단계 세척으로 실시하였다. 해리한 시료를 실온에서 펄프 농도 3%, 반응시간 60분으로 하여 1차 3% NaOH, 2차 3% HCl, 3차 0.
이론/모형
- 침엽수·활엽수 표백 크라프트펄프 혼합 원시료, 탈양이온 시료 (CF pulp), 금속 흡착시료 및 산추출 처리한 시료의 금속 함량을 분석하였다. 금속 함량 분석을 위한 전 처리는 미국환경보호청 실험방법인 EPA Method 3050B(1996)를 이용하였다14).
성능/효과
- OCC와 SC의 경우는, 탈묵 후 백색도가 각각 약 2%, 8% 증가하였고 산처리 후 다시 OCC는 약 3%, SC는 약 1% 증가하였다. 4종류의 폐지 모두 재펄핑 후보다 산처리 후 백색도가 증가한 것을 통해 산처리로 금속이 제거되어 백색도가 향상되는 것을 확인할 수 있다.
- 그러나 산처리 후에 실시하는 과산화수소 표백에서 전이금속이 상다량 제거되었으므로 표백 효과는 크게 증가할 것이다. OCC와 SC의 경우는, 탈묵 후 백색도가 각각 약 2%, 8% 증가하였고 산처리 후 다시 OCC는 약 3%, SC는 약 1% 증가하였다. 4종류의 폐지 모두 재펄핑 후보다 산처리 후 백색도가 증가한 것을 통해 산처리로 금속이 제거되어 백색도가 향상되는 것을 확인할 수 있다.
- 52%를 나타내었다. 그러나 산처리로서 백색도가 4-5% 증가하여, 산처리 전, 즉 본래의 펄프 백색도보다 2-3% 더 개선된 결과이다.
- 금속 용액에 침적된 펄프의 백색도는 70.78%로 침적처리 전의 백색도와 비교하여 18%나 하락하였다. 그러나 산처리로 백색도가 원상 회복되고 오히려 0.
- 06이었으나 금속처리로 2%가 낮아졌고, 산처리로 금속을 제거함에 따라 2-3% 다시 증가하여 원상태의 백색도를 유지하고 있다. 본 실험에 주어진 산 농도는 펄프의 백색도 변화에 영향을 주지 않았다. 한편 처리 온도(20-80℃)가 증가함에 따라 금속 제거가 미세하게 증가하였다.
- 첫째로 금속은 펄프의 리그닌 또는 추출물과 착색된 복합물을 형성하여 펄프 표백에 영향을 주며1,2), 둘째로 과산화수소 표백에서 활성 반응종인 퍼하이드록실 음이온을 급격하게 분해하여 표백 효과를 떨어뜨린다3-6). 셋째로 폐지의 경우 재생지에 잔존하는 중금속 함량이 높으면 유해물질사용제한지침과 같은 환경 규제에도 영향을 준다. 그 외에도 금속의 종류에 따라 펄프의 점도 및 강도 등에도 영향을 준다7).
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