선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 처리용량은 조업 시 플라스틱의 생산성과 경제성 평가에 아주 중요한 근거된다. 따라서 본 연구에서 이용된 scale-up 마찰하 전 정전 선별 장치의 처리용량을 규명하기 위한 시료의 공급량 변화 실험을 수행하였다. 시료의 공급량을 100 kg/h 에서 300 kg/h 까지 변화시키면서 실험한 결과, 시료의 공급량이 증가할수록 PET, PS and others의 품위는 큰 변화가 없이 99% 이상을 유지하였다.
- 그리고 하전 효율과 관계가 있는 하전 장치의 하전 물질, 상대 습도와 같은 공정변수들이 있다. 따라서 본 연구에서는 각각의 분리 변수들과 분리 효율의 관계를 확인하고, 이때의 최적 조건에서 본 장치의 처리용량 (kg/h)과 분리 효율의 관계를 확인하였다.
- 본 연구에서는 폐플라스틱 재활용에서 문제가 되고있는 습식 비중 선별 후의 고비 중 종말 품 폐플라스틱 산물을 2등급 이상의 고형연료 제품으로 재활용하고자 scale-up 마찰하전정전 선별을 수행하여 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
- 1.고 비중 종말 품 폐플라스틱 내의 각 플라스틱 함량을 중액 선별과 THF(tetrahydrofiiran, C4H8O) 용매를 이용하여 분석하였다. 소금을 매질로 제조한 중액(비중: 1.
- 품위는 식(1)에서와 같이 생산물 내의 목적물질의 함량을 말한다. 마찰하 전 정전 선별 장치에 의해 분리된 각 산물의 품위는 앞서 2.1시료의 항목에서 언급한 중액 선별과 THF 용매를 이용하여 분석하였다. 따라서 PET, PS, other 산물의 품위는 100 - PVC (%) 함량으로 구할 수 있다.
- 또한 정전선별의 중요한 변수인 상 대습도 조절하기 위하여 현장 플랜트에 chamber와 제습기 설치되어 있으며, chamber 내의 상대 습도를 40%로 유지하였다. 본 연구에서 개발한 마찰하전 정전 선별 장치는 시간당 처리량이 100-400 kg로 연속 처리가 가능하도록 설계 제작되었다.
- 본 연구에서 적용한 마찰하전 정전 선별법은 물질의일함수 값 혹은 대전 서열을 이용한 것으로 입자와 입자 간, 입자와 장치 표면 간의 마찰. 충돌에 의해 반대 극성으로 하전된 물질을 정전기적으로 분리하는 선별법이다.
- 충돌에 의해 일함수 값이 작은 물질의 표면에서 큰 물질의 표면으로 전자 이동이 활발하여 서로 반대 극성으로 분극 되는 대싱시료입자의 표면하전량이 증가하기 때문이다. 본 연구에서는 PET, PS and others의 품위가 PP보다 더 높은 HDPE를 하전물질로서 결정하였다. 이에 반해, hard PVC와 soft PVC 하전물질에서는 HDPE 하전물질에비해 품위가 낮게 나타났다.
- 분리 효율은 품위(Grade)와 회수율(Recovery)을 적용하여 평가하였다. 품위는 식(1)에서와 같이 생산물 내의 목적물질의 함량을 말한다.
- 4는 scale-up 마찰하전 정전선별에서 고비 중 종말 품 폐 플라스틱의 재질분리에 대한 전기장의 영향을 나타낸 것이다. 실험조건은 하전장치 재질 : HDPE, 입자크기: -10+0.5 mm, 상대습도 : 40% 공기속도 : 20 Ws, 처리량 : 300kgh으로 결정하였으며, 분리대 위치를 중앙으로부터 음(-)전극 쪽으로 8 cm 이동한 조건에서 전극 상단의 전기장을 50kV/m에서 300kV/m까지 변화시켜 실험한 결과이다. 실험 결과, 전기 에너지가 강할수록 PET, PS and others의 품위와 회수율이 증가하여 전기장 250kV/m에서 각각 99.
대상 데이터
- Fig. 2는 본 연구에 이용된 scale-up 되어진 마찰하전 정전 선별 시스템을 나타낸 것으로 전북 임실군 오수면 금암리에 위치한 (주)에코닉스에 설치되어 있다. Fig.
- 먼저 cutting mill에 의해-10 mm로 제조된 시료는 접지선을 이용하여 방전시켰다. 본 실험인 종 말품 폐플라스틱의 재질분리에 앞서, scale-叩 하전장치의 하전 물질선정실험에 이용된 재질은 정립된 triboeletric series와 고안된 수직 왕복 하전시스템을 1紛 이용하여 Al, Hard PVC, Soft PVC, PP, HDPE로 결정하였으며, 하전 장치 타입은 파이프라인(050 mm)을 적용하였다. 공정제어 박스로부터 시스템을 가동하면 시료 공급 장치에 의해 시료가 일정하게 공급되고 이와 동시에 blowere] 의해 강한 유체 흐름이 발생된다.
- 본 연구에서 사용된 시료는 앞에서 기술한 바와 같이 중력선별로 1차 분리된 산물 중고비중 그룹에 해당되는 것으로 주성분은 PS, ABS, PVC, 그리고 PET이다. Table 2는 중액 선별과 THF(tetrahydrofuran, C4H8O)fr 이용하여 분석한 중량물 시료의 각 플라스틱 함량을 나타낸 것이다.
성능/효과
- 2. 종말 품 폐플라스틱으로부터 PVC 제거를 위한 scale-up 마찰하전정전 선별 시운전 실험 결과 최적 실험조건인 입도 크기 -10 mm, 하전 물질 HDPE, 전극의 전기장 250 kV/m, 분리대의 위치 (-) 8 cm, 상대 습도 40%이하에서 PET, PS and others 산물을 품위 99.1% 이상, 그리고 회수율 86% 이상으로 회수할 수 있는 기술을 개발하였다.
- 3.처리용량 300kg/h의 scale-up 마찰 하전 정전 선별기를 이용한 폐 플라스틱 종말 품 분리 실험 결과, 종말품 내 1% 이하의 PVC 함량을 나타내어 Table 1을 기준으로 2등급 이상의 RPF나 RDF로의 활용 가능성을 확인하였다.
- 7은 고비 중 종말 품 폐 플라스틱의 재질분리에 대한 하전물질의 영향을 나타낸 것이다. Al, hard PVC, soft PVC, PP, HDPE와 같은 다양한 재질의 하전 장치들을 이용하여 전기장의 세기 250kV/m, 분리대의 위치 (음) 전 극 쪽으로 8 cm 이동한 지점, 상대 습도 40% 이하의 조건에서 종말 품 폐 플라스틱 재질 분리 실험 결과, Fig. 7에서 같이 HDPE와 PP 하전물질에서 PET, PS and others의 품위와 회수율은 각각 99.1%, 86%와 98%, 87%를 나타내어 Al, hard PVC, soft PVC 하전 물질보다 더 효과적이었다. 이는 HDPE와 PP 하전 물질들이 마찰대전 서열상에서 대상 시료인 PET, PS와 PVC의 중간에 위치하고 있어 PET, PS와 PVC 시료 간의 마찰 .
- 이때 입자 대전량이 일정할 경우 정전기력은 전기장이 강할수록 증가하게 되어 입자가 전극판 쪽으로 쉽게 편향된다. 따라서 마찰하전 정전선별 성능은 전극 판 사이에 형성되는 전계 강도에 많은 영향을 받으며, 전극 판 사이에 코로나 방전이 발생하지 않는 범위에서 전계 강도가 증가할수록 입자의 정전 분리 성능은 증가함을 알 수 있다. 반면 입자의 하전량이 충분히 많다면 낮은 전기장에서도 높은 선별 효율을 기대할 수 있다.
- 5% 이내로 조절할 수 있는 기술개발이 필요하다. 따라서 처리 용량 300 kg/h의 scale-up 마찰하전정전선별기를 이용한 폐플라스틱 종말 품 분리실험 결과, 종말 품 내 1% 이하의 PVC 함량을 나타내어 2등급 이상의 RPF나 RDF로의 활용 가능성을 확인하였다.
- 6 g/cnP) 선별에서 부유산물(PS, ABS와 others)은 48%였으며, 침강산물(PET와 PVC)은 52%이었다. 또한 THF 용매를 이용하여 침강산물을 분석한 결과, 본연구의 주요 제거물질인 PVC 함랴은 7%임을 확인하였다.
- 16의 중액으로 선별한 결과, 부유산물은 PS, ABS와 기타 물질로써 48%를 이루고 있었으며, 침강 산물은 PET와 PVC로써 52%를 이루고 있었다. 또한 THF 용매를 이용하여 침강산물인 PET와 PVC를 분석한 결과, 본 연구의 주요 제거물질인 PVC 함량은 7%이었다.
- Table 2는 중액 선별과 THF(tetrahydrofuran, C4H8O)fr 이용하여 분석한 중량물 시료의 각 플라스틱 함량을 나타낸 것이다. 먼저 소금(Nacl: 98%)을 사용하여 제조한 비중 1.16의 중액으로 선별한 결과, 부유산물은 PS, ABS와 기타 물질로써 48%를 이루고 있었으며, 침강 산물은 PET와 PVC로써 52%를 이루고 있었다. 또한 THF 용매를 이용하여 침강산물인 PET와 PVC를 분석한 결과, 본 연구의 주요 제거물질인 PVC 함량은 7%이었다.
- 이는 PET, PS and others 재질은 양(+)4로 하전되고 PVC 재질은 음(-)으로 하전 되기 때문에 분리대의 위치에 따라 회수 대의 넓이가 결정되기 때문이다. 본 연구에서 PET, PS and others의 품위와 회수율을 고려한 분리대의 위치는 전기장의 중심(0) 지점에서 -8 cm 지점이 가장 효과적이었으며, 이때의 PET의 품위와 회수율은 각각 99.1% 와 86%이었다.이는 일함수 값, 공기 속도, 입자크기, 상대습도와 같은 하전 특성 인자들에 의해 서로 다른 하전량 갖게 되고 이들의 낙하 지점은 중력, 항력, 정전 기력에 따라달라진다.
- 5는 마찰하전 정전 선별에서 종말 품 폐플라스틱선별효율에 대한 분리대 위치의 영향을 확인하기 위하여 HDPE 하전 물질, 전기장의 세기 250kV/m, 분리대 위치 상대습도 40% 이하의 조건에서 분리대의 위치를 전기장의 중심(0)으로부터 -12cm~+12cm 범위로 변화 시켜 실험한 결과이다. 분리대의 위치가 전기장의 중심 (0) 지점에서 양(+) 전극으로 이동할수록 PET, PS and others의 품위는 감소 하나 회수율이 증가하고 음(-) 전극으로 이동할수록 반대의 결과를 보인다.이는 PET, PS and others 재질은 양(+)4로 하전되고 PVC 재질은 음(-)으로 하전 되기 때문에 분리대의 위치에 따라 회수 대의 넓이가 결정되기 때문이다.
- 따라서 본 연구에서 이용된 scale-up 마찰하 전 정전 선별 장치의 처리용량을 규명하기 위한 시료의 공급량 변화 실험을 수행하였다. 시료의 공급량을 100 kg/h 에서 300 kg/h 까지 변화시키면서 실험한 결과, 시료의 공급량이 증가할수록 PET, PS and others의 품위는 큰 변화가 없이 99% 이상을 유지하였다. 이에 반해 회수율은 시료의 공급량 100 kg压에서 90%이었으나 공급량이 증가하여 300 kg/h에서는 PET, PS and others의 회수율이 86%로 다소 감소하였다.
- 5 mm, 상대습도 : 40% 공기속도 : 20 Ws, 처리량 : 300kgh으로 결정하였으며, 분리대 위치를 중앙으로부터 음(-)전극 쪽으로 8 cm 이동한 조건에서 전극 상단의 전기장을 50kV/m에서 300kV/m까지 변화시켜 실험한 결과이다. 실험 결과, 전기 에너지가 강할수록 PET, PS and others의 품위와 회수율이 증가하여 전기장 250kV/m에서 각각 99.1 %와 86%를 나타내어 효과적임을 알 수 있다. 이는 하전 입자의 전기장 내에서의거동식 A에서 기술된 바와 같이 # 로부터 전극판사이에 전하를 띈 하전 입자가 근접하워 정전기력이 작용한다.
- 6은 마찰하전 정전 선별에서 종말 품 폐플라스틱선별효율에 대한 상대습도의 영향을 확인하기 위하여 HDPE 하전물질, 전기장의 세기 250kV/m, 분리대의 위치 (음) 전 극 쪽으로 8 cm 이동한 지점에서 상대습도를 70%~30% 범위로 변화시켜 실험한 결과이다. 실험 결과, 현장 내의 상대습도 40% 0% 이하에서 PET, PS and others의 품위와 회수율이 각각 99.1%와 86%로 가장 높지만, 상대 습도가 증가할수록 선별 효율은 낮아져 상대습도가 가장 높은 70%에서는 PVC의 품위와 회수율이 각각 94.5%와 74%로 낮아져 현장 내의 상대습도가 선별 효율에 매우 민감하게 작용하는 것을 알 수 있다. Woodhead and Aimour-Chelu")는 습도가 증가할수록 대기 중의 물분자가 플라스틱 표면에 흡착하거나 층을 만들어 하전된 플라스틱을 방전시킬 수 있으며 표면에서 물분자의 해리에 의해 이온이 형성되며 이들 이온은 전하를 수 반하고 불순물들이 물분자에 의해 용해되거나 거동할 수 있다고 하였다.
- 이에 반해 회수율은 시료의 공급량 100 kg压에서 90%이었으나 공급량이 증가하여 300 kg/h에서는 PET, PS and others의 회수율이 86%로 다소 감소하였다. 이와 같이 처리량의 증가에 따라 회수율은 약 4%정도 감소하지만 품위와 생산성을 고려한다면 상대적으로 많은 폐플라스틱을 처리할 수 있는 300 kg/h 이 최적 처리 조건으로 결정되었다.
후속연구
- 4. 현재, 본 연구에서 개발한 마찰하전형 정전선별법에 의한 종말 품 폐플라스틱의 PVC 제거 기술을, 분광법 및 비중 선별법과 연계하여 대량 처리 plant를 지자체에 설치 중에 있어, 향후 폐플라스틱 재활용 증대에 크게 기여할 것으로 생각된다.
- 9%로써 2등급 이싱. 의고형 연료 제품으로 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.