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문제 정의
- 본 연구는 유해물질이 제거된 중유회에 활성탄, 규조토 등의 첨가제를 일정비율로 첨가하여 제작된 패널을 이용하여 포름알데히드와 톨루엔에 대한 흡착성능을 확인하기 위하여 실시되었다.
제안 방법
- ChamberⅠ에 있는 포화기체를 공기와 함께 일정량 투입 하여 ChamberⅡ의 농도가 목표하는 값이 되도록 하고 벨브를 닫았다. 그 후 시료 위의 팬을 가동하여 공기를 순환시키면서 포름알데히드와 톨루엔에 대한 농도의 변화를 측정한다.
- 또한 ChamberⅡ의 농도가 전체적으로 일정하게 하기 위하여 Fan을 가동하였다 ChamberⅡ의 농도가 원하는 실험조건에 다다르면 두 Chamber사이의 벨브를 닫고 Sample이 들어있는 용기의 Fan을 가동시켜 탈취패널의 흡착 실험을 진행하였다. 농도의 분석은 3분단위로 분석장비와 ChamberⅡ사이의 Sampler로 샘플을 채취하여 Gas Chromatography (GC CP-SIL 5CB, 컬럼 CP-SIL5CB. length 0.53 mm, 5 nm)를 이용하여 등온모드 120℃에서 측정하였다. 흡착성능실험은 우선 활성탄과 규조토를 단일첨가제로 제조된 패널을 이용하여 포름알데히드와 톨루엔에 대한 제거효율을 측정하고 이 결과를 바탕으로 두 혼합물을 여러 비율로 첨가하여 제조된 패널에 대한 유해화학 물질 제거효율을 검토하였다.
- 흡착실험은 우선 ChamberⅠ에 포름알데히드와 톨루엔을 넣고 밀폐시킨 후 상온에서 공기중에 이 기체가 포화되도록 한다. 다음으로 ChamberⅠ의 포화기체가 ChamberⅡ로 들어갈 수 있도록 벨브를 개방하고 ChamberⅡ로 포화기체가 일정량만 들어갈 수 있도록 MFC를 조절하여 공기투입속도를 제어하였다. 또한 ChamberⅡ의 농도가 전체적으로 일정하게 하기 위하여 Fan을 가동하였다 ChamberⅡ의 농도가 원하는 실험조건에 다다르면 두 Chamber사이의 벨브를 닫고 Sample이 들어있는 용기의 Fan을 가동시켜 탈취패널의 흡착 실험을 진행하였다.
- 두 화학성분의 제거성능은 국내 A사에서 상용화되어 시판중인 S 패널(이하“기준패널”)과 비교하였다.
- 다음으로 ChamberⅠ의 포화기체가 ChamberⅡ로 들어갈 수 있도록 벨브를 개방하고 ChamberⅡ로 포화기체가 일정량만 들어갈 수 있도록 MFC를 조절하여 공기투입속도를 제어하였다. 또한 ChamberⅡ의 농도가 전체적으로 일정하게 하기 위하여 Fan을 가동하였다 ChamberⅡ의 농도가 원하는 실험조건에 다다르면 두 Chamber사이의 벨브를 닫고 Sample이 들어있는 용기의 Fan을 가동시켜 탈취패널의 흡착 실험을 진행하였다. 농도의 분석은 3분단위로 분석장비와 ChamberⅡ사이의 Sampler로 샘플을 채취하여 Gas Chromatography (GC CP-SIL 5CB, 컬럼 CP-SIL5CB.
- 실험은 상대습도 50∼60%, 상온에서 실시하였으며 포름알데히드 및 톨루엔의 농도는 각각 10 mg/ℓ, 40 mg/ℓ로 혼합된 분위기에서 진행하였다.
- 활성탄과 규조토를 여러 비율로 혼합하여 첨가된 패널을 이용하여 포름알데히드와 톨루엔에 대한 제거성능을 검토하였다. 실험은 활성탄을 일정량으로 고정하고 규조토의 비율을 변화시킨 것과 규조토의 비율을 고정하고 활성탄의 비율을 변화시켜 제조된 패널을 사용하였으며 실험은 단일성분 첨가제가 사용된 패널의 경우와 동일하게 실시하였다. 두 화학성분의 제거성능은 국내 A사에서 상용화되어 시판중인 S 패널(이하“기준패널”)과 비교하였다.
- 0㎛의 유리섬유 여과지로 여과하였다. 이 여과액중 일부를 채취하여 탈취패널에서 중금속의 용출 농도를 분석하였으며 용액의 분석은 ICP-OES(Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy)를 이용 하여 유해물질 용출여부를 측정하였다. pH 5.
- 중유회에 규석과 석고 그리고 물로 만들어진 Sand slurry, Return slurry, 석회석, 시멘트, 물에 규조토, 활성탄 등의 첨가제 를 Table 1와 같이 다양한 비율을 혼합하였으며 약 5분간 혼합 시킨 후 발포제인 알루미늄을 투입하고 5~10분간 다시 혼합하였다. 이렇게 제조된 혼합물을 50℃【6시간 동안 양생하고 이를 Autoclave에서 150℃, 12bar에서 12시간 동안 다시 양생하여 규조토, 활성탄을 첨가한 중유회 재활용 탈취패널을 제작하였다.
- 중유회가 첨가된 패널에 대한 유해성을 평가하기 위하여 첨가제를 사용하기 전의 중유회재활용패널에 대한 용출시험을 진행하였다. pH 5.
- 탈취패널제작에 사용된 중유회는 상온에서 증류수에 1시간 이상 처리되어 중금속이 제거된 것을 20 wt%의 비율로 사용하였다. 중유회에 규석과 석고 그리고 물로 만들어진 Sand slurry, Return slurry, 석회석, 시멘트, 물에 규조토, 활성탄 등의 첨가제 를 Table 1와 같이 다양한 비율을 혼합하였으며 약 5분간 혼합 시킨 후 발포제인 알루미늄을 투입하고 5~10분간 다시 혼합하였다. 이렇게 제조된 혼합물을 50℃【6시간 동안 양생하고 이를 Autoclave에서 150℃, 12bar에서 12시간 동안 다시 양생하여 규조토, 활성탄을 첨가한 중유회 재활용 탈취패널을 제작하였다.
- 첨가제별 포름알데히드와 톨루엔에 대한 제거성능을 확인 하기 위하여 우선 단일성분의 첨가제를 여러 비율로 혼합하여 패널을 제조하고 이 패널을 3~4 mesh로 분쇄한 다음 30 g을 분취하여 ChamberⅡ안에 공기와 접촉되지 않게 투입하였다.
- 첨가제의 추가에 따른 특성을 평가하기 위하여 압축강도 시험을 실시하였다. 시험방법은 한국산업규격 석재의 압축 강도 시험방법(KSF 2519 : 2000)을 따랐으며 시험절차는 패널을 60℃에서 48시간 동안 건조시킨 후 데시게이터에서 냉각시키고 건조된 시료를 압축강도시험기의 중앙에 위치시킨 후 시료 위의 접촉판을 손으로 조정할 수 있을 정도의 비율로 초기하중을 가하고 접촉판을 30° 각도로 앞뒤로 회전시키고 하중은 매분 약 1mm의 속도로 매초 약 1MPa의 하중을 일정하게 가하여 시료의 파괴하중을 측정하였다.
- 활성탄과 규조토를 여러 비율로 혼합하여 첨가된 패널을 이용하여 포름알데히드와 톨루엔에 대한 제거성능을 검토하였다. 실험은 활성탄을 일정량으로 고정하고 규조토의 비율을 변화시킨 것과 규조토의 비율을 고정하고 활성탄의 비율을 변화시켜 제조된 패널을 사용하였으며 실험은 단일성분 첨가제가 사용된 패널의 경우와 동일하게 실시하였다.
- 53 mm, 5 nm)를 이용하여 등온모드 120℃에서 측정하였다. 흡착성능실험은 우선 활성탄과 규조토를 단일첨가제로 제조된 패널을 이용하여 포름알데히드와 톨루엔에 대한 제거효율을 측정하고 이 결과를 바탕으로 두 혼합물을 여러 비율로 첨가하여 제조된 패널에 대한 유해화학 물질 제거효율을 검토하였다. 이때 ChamberⅡ의 실험조건은 포름알데히드 10 mg/ℓ, 톨루엔 40 mg/ℓ로 혼합된 분위기에서 진행하였다.
이론/모형
- 시험방법은 한국산업규격 석재의 압축 강도 시험방법(KSF 2519 : 2000)을 따랐으며 시험절차는 패널을 60℃에서 48시간 동안 건조시킨 후 데시게이터에서 냉각시키고 건조된 시료를 압축강도시험기의 중앙에 위치시킨 후 시료 위의 접촉판을 손으로 조정할 수 있을 정도의 비율로 초기하중을 가하고 접촉판을 30° 각도로 앞뒤로 회전시키고 하중은 매분 약 1mm의 속도로 매초 약 1MPa의 하중을 일정하게 가하여 시료의 파괴하중을 측정하였다.
성능/효과
- 1) 이러한 많은 발생량에 비하여 현재 중유회 처리는 대부분 건식처리를 통한 단순 매립에 의존하고 있는 실정이며 이중 일부가 철강산업에서의 탈유제 또는 시멘트산업에서의 보조 연료 등으로 재활용되고 있다.2) 그러나 중금속을 함유하고 있는 중유회의 특성상 전자에 의한 처리방법은 침출수에 의한 여러 다른 환경적인 문제를 유발할 수 있으며 후자에 의한 처리방식 또한 새로운 오염물질을 생성할 수 있다. 따라서 이러한 문제점을 보완하기 한 유가금속 회수, 활성탄제조, 건자재로의 사용등과 같은 다양한 방면에서 친환경적으로 재활용 하기 위한 연구가 수행되어 오고 있다.
- 활성탄과 규조토를 각각 5%씩 혼합하여 제조한 패널에서는 기존 탈취패널보다 약 9% 높아진 압축강도를 보여 줌으로서 탈취패널로서의 가능성을 높였다. 게다가 포름알데히드 및 톨루엔의 제거성능까지 기준패널대비 크게 상승한 결과를 보여주었다. 따라서 적정량의 첨가제를 혼합하여 사용할 경우 기존 상용화 패널보다 두 화학물질에 대한 제거성능 및 압축강도면에서 상용화된 패널보다 우수한 제품을 생산 할 수 있는 가능성을 확인하였다.
- 대부분이 기준패널 대비 40∼60% 감소하였으나 활성탄과 규조토를 각각 5 wt% 첨가하여 제작 된 패널의 경우 에는 기존패널보다 9%의 압축강도가 상승하였다.
- 게다가 포름알데히드 및 톨루엔의 제거성능까지 기준패널대비 크게 상승한 결과를 보여주었다. 따라서 적정량의 첨가제를 혼합하여 사용할 경우 기존 상용화 패널보다 두 화학물질에 대한 제거성능 및 압축강도면에서 상용화된 패널보다 우수한 제품을 생산 할 수 있는 가능성을 확인하였다. 그리고 이를 통하여 탈취패널이라는 새로운 분야로 중유회를 친환경적으로 재활용 할 수 있는 방법을 검증할 수 있게 되 었다.
- 그리고 포름알데히드 보다 톨루엔의 경우에 활성탄 첨가에 따른 제거성능이 상대적으로 크게 나타났다. 따라서 활성탄을 첨가제로 사용하는 경우에는 10%정도가 포름알데히드와 톨루엔에 대한 제거성능을 안정적으로 확보할 수 있는 첨가량이라 판단되었다.
- 7은 규조토의 양을 5%로 고정시키고 활성탄의 첨가량을 5 wt%, 10 wt%, 15 wt%로 변화시켜 제조한 패널의 포름알데히드에 대한 제거성능을 보여주고 있다. 여기에서도 기준패널 대비 17~25%의 제거성능 향상이 있었으나 활성탄과 규조토를 각각 5% 씩 첨가한 경우 다른 패널들에 비해 약 6%정도 효율이 떨어졌으며 나머지 패널들의 제거성능에는 차이가 없었다.
- 0 wt%로 증가시키며 제조한 탈취패널의 포름알데히드에 대한 제거성능을 보여주고 있다. 전체적으로 기준 패널대비 20%이상으로 제거성능이 증가하였다. 다만 규조토를 1% 혼합 첨가한 경우 포름알데히드에 대한 제거성능이 다른 비율의 패널에 비하여 약 5% 정도 떨어졌다.
- 8역시 규조토의 양을 5%로 고정시키고 활성탄의 첨가량을 5 wt%, 10 wt%, 15 wt%로 변화시켜 제조한 중유회 재활용 탈취패널의 톨루엔에 대한 제거성능을 보여주고 있다. 첨가제 사용전에 비해 제거성능은 크게 향상되었으나 첨가제 비율에 따른 제거성능에는 차이가 없는 것을 확인 할 수 있었다.
- 첨가제를 투입한 대부분의 패널이 기준패널인 S사의 패널보다 약한 강도를 보였으며 그 중에서도 활성탄을 단일성분 첨가제로 하여 제조된 패널의 경우에는 기준패널 대비 32%의 압축강도를 보이고 있으며 규조토를 첨가제로 하여 제조된 패널의 경우 규조토 함량 5 wt%에서 기준패널대비 60%의 압축강도로 최대값을 보였다.
- 하지만 압축강도실험에서 기준패널에 훨씬못 미치는 결과를 보여 주었으며 이는 중유회재활용 탈취패널의 실제 적용가능성을 저해하는 요인이 될 수 있었다. 하지만 두 첨가물을 혼합하여 유해화학물질 제거성능과 압축 강도를 측정한 결과 단일첨가제로 제조되었던 패널과 유해화학물질 제거성능은 유사하면서도 압축강도면에서 개선된 것을 확인할 수 있었다. 활성탄과 규조토를 각각 5%씩 혼합하여 제조한 패널에서는 기존 탈취패널보다 약 9% 높아진 압축강도를 보여 줌으로서 탈취패널로서의 가능성을 높였다.
- 활성탄 및 규조토를 단일성분으로 혼합하여 제조된 중유 회재활용 탈취패널은 비교대상이었던 기준패널과 대비하여 높은 유해화학물질 (포름알데히드, 톨루엔)에 대한 제거성능을 보여주었다. 하지만 압축강도실험에서 기준패널에 훨씬못 미치는 결과를 보여 주었으며 이는 중유회재활용 탈취패널의 실제 적용가능성을 저해하는 요인이 될 수 있었다.
- 하지만 두 첨가물을 혼합하여 유해화학물질 제거성능과 압축 강도를 측정한 결과 단일첨가제로 제조되었던 패널과 유해화학물질 제거성능은 유사하면서도 압축강도면에서 개선된 것을 확인할 수 있었다. 활성탄과 규조토를 각각 5%씩 혼합하여 제조한 패널에서는 기존 탈취패널보다 약 9% 높아진 압축강도를 보여 줌으로서 탈취패널로서의 가능성을 높였다. 게다가 포름알데히드 및 톨루엔의 제거성능까지 기준패널대비 크게 상승한 결과를 보여주었다.
후속연구
- 14) 그러나 톨루엔에 대한 제거효율은 양호한 반면, 일상환경에서 많이 발생하는 포름알데히드에 대한 제거효율이 낮아 실제 패널로서의 활용에는 많은 문제점을 안고있었다. 따라서 중유회재활용 탈취패널에서 이전에 서술한 화학성분들에 대한 흡착성능을 향상시킬 수 있다면 포름알데히드가 많이 발생하는 주거환경과 톨루엔이 많이 발생하는 산업현장에서 폭넓게 적용할 수 있는 탈취패널로서 그 활용 가능성을 확대할 수 있다. 또한 이러한 효율 개선을 통하여 중유회의 재활용 용도를 확대하는 것이 가능하다.
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