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환경오염물질에 의한 화강암 표면에서의 염의 생성에 관한 연구 - TiO2의 영향을 중심으로 -
Formation of Salty Materials on Granite Surface by Environmental Pollutants - Effects of TiO2 - 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.11 no.5, 2010년, pp.1754 - 1759  

손병현 (한서대학교 환경공학과)

초록
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대부분의 석조문화재는 실외에 노출되어 있어 외관이 크게 변형되어졌고, 특히 최근의 산업화와 환경오염물질의 영향으로 풍화가 가속화되고 있다. 본 연구에서는 석조문화재의 풍화에 미치는 환경영향을 알아보기 위해 해수와 대기오염물질에 신선한 화강암을 노출 후 물리 화학적 특성을 조사하였고, 석조문화재 보존 방법의 일환으로 화강암에 $TiO_2$ 광촉매를 코팅한 후 코팅이 화강암의 풍화에 미치는 영향도 조사하였다. 인공풍화 실험 후 화강암 표면의 광물질 조성 변화를 확인할 수 있으며, 수분흡수율은 약간 증가하여 해수와 대기오염물질이 화강암의 풍화에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. $TiO_2$ 광촉매를 화강암에 코팅한 경우 $TiO_2$ 광촉매를 코팅하지 않은 경우보다 해수와 대기오염물질에 의한 화강암의 물리적 특성 변화(수분 흡수율 등)가 적어 화강암의 풍화방지에 효과적임을 알 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Because the stone cultural properties located outdoors, they have been altered and deteriorated in external appearance due to environmental factors such as acid rain, extreme change in temperature, and salts. Damage to stone cultural properties is accelerated particularly due to recent industrial de...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 석조문화재와 동일 재질의 화강암을 인위적으로 모사한 대기오염물질 및 수분과 해수에 연속적으로 노출(1cm×1cm×1cm 소형시료 : 6개월, 3cm×3cm×3cm 대형시료 : 12개월) 구성 성분의 조성 변화, 수분흡수율 및 광물의 용출 특성 등을 살펴보았다.
  • 본 연구에서는 해안선 인근지역에 위치한 석조물의 풍화에 미치는 해수 및 대기오염물질의 영향을 알아보기 위해 화강암을 해수 및 대기오염물질에 노출시킨 후 화강암의 특성을 조사하였다. 또한 석조문화재 보존 방법의 일환으로 화강암에 TiO2 광촉매를 코팅한 후 코팅이 화강암의 풍화에 미치는 영향도 조사하였으며, 이상의 연구로부터 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
  • 이와 같이 외부의 물리적/화학적 오염원이나 자연적인 풍화작용으로 화강암은 원래의 특성이 변화되어 강도나 밀도 및 조성 변화 등의 물리적 특성 변화를 야기한다. 이에 본 연구에서는 화강암에 대한 수분과 염분 및 대기오염물질의 영향을 실험한 후 화강암 표면의 원소 구성성분 변화, 염의 생성 여부 및 수분흡수율 등을 분석하여 화강암의 풍화 정도를 파악하고자 한다. 또한 장기적으로는 석조문화재의 보존이 연구의 최종 목적이므로 보존방법의 일환으로 sol-gel법을 이용하여 제조한 TiO2 코팅sol[5,6]을 화강암에 코팅하여 TiO2의 코팅이 화강암의 수분흡수율 변화에 어느 정도 영향을 미치는지 실험 전․후의 물리적 특성 변화를 통해 살펴보고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
풍화의 원인은? 국내의 석조문화재는 대부분 실외에 설치되어 있어 자연적인 풍화현상으로 원래의 모습과 형태가 크게 훼손되어지고 있다[1]. 풍화의 주요한 원인은 수분의 동결-융해, 해수에 기인한 염분, 계절에 따른 기온변화, 생물서식 및 환경오염물질 등이며, 이 요인들은 동시에 복합적으로 석조문화재에 영향을 미쳐 풍화현상을 가속화시킨다. 최근 에는 환경오염물질이 석조문화재의 훼손을 더욱 가속화 시키고 있어 석조문화재의 보존에 관한 과학적 연구가 시급히 요구되고 있다.
석조문화재의 훼손에 영향을 주는 대기오염물질은 어떤 것이 있는가? 석조문화재의 훼손에 영향을 주는 대기오염물질로는 SOx, NOx, HCl, CO2 및 에어로졸 등으로 지상에 건조된 상태 또는 빗물 및 수분에 녹은 상태로 침적하게 되며, 이와 같은 산성 강하물은 특히 대리석의 풍화를 촉진 시키는 것으로 알려지고 있다[2]. 산성비는 석조물과 반응하여 구성광물들을 용해하여 점토광물을 침전시키며, 또한 용존성 SOx는 장석이 용해되어 생성된 Ca, Mg, Na와 결합하여 황화염(석고 등)을 침전시킨다[3].
석재로 유입된 염 중 양이온과 음이온은 각 각 어디에 기인한 것인가? 석재에 피해를 주는 염은 주로 황산염, 질산염, 염산염, 그리고 탄산염 등이며, 석재 내부로 유입되는 염의 종류에는 석재 자체의 성분, 지하수에 용해된 형태, 해안지방에서는 해수의 분무, 도시환경에서는 겨울철 제설제 그리고 석재표면처리제 등을 통해서 석재로 유입된다. 석재에 피해를 주는 염의 양이온은 주로 암석 자체로부터 기인하는 반면, 음이온은 대부분 외부의 영향에 의해 침착되거나 또한 산성비와 같이 오염된 대기에서 기인한다[4].
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참고문헌 (11)

  1. 한국문화재 보존과학회, "석조문화재 보존관리 연구", 2001. 

  2. 김사덕, 황진주, 강재일 "대리석 문화재에 대한 산성비의 영향", 한국문화재보존과학회지, 제 7권 10호, 1998. 

  3. Krivacsy, Z., "Study of Humic-like Substances in Fog and Interstital Aerosol by Size-exclusion Chromatography and Capillary Electrophoresis", Atmospheric Environment, Vol. 34, pp. 4273-4281, 2000. 

  4. 도진영, J. Riederer, "석조물 표면의 흑화현상에서 나타나는 염과 그 영향", 대한지질학회 2002년도 춘계 공동학술발표회 논문집, pp. 306-308, 2002. 

  5. 손병현, 김현규, 정종현, 유정근, 이형근, "화강암의 풍화에 미치는 염분과 산성용액의 영향", 대한환경공학회지, 제 27권 1호, pp. 101-108, 2005. 

  6. 김현규, 정종현, 손병현, 이재성, "Sol-Gel 법에 의한 $TiO_2$ 의 합성과 결정화," 대한환경공학회 학술발표대회논문집, 부산 경성대학교, pp. 1234-1237, 2004. 

  7. E.T. Brown ed., ISRM(International Society for Rock Mechanics), "Rock characterization testing and monitoring", ISRM Suggested Methods, Pergamon Press, 1981. 

  8. 손병현, 정종현, 김현규, 여환구, 오광중, "화강암의 풍화에 미치는 환경오염물질의 영향", 2004년 대한환경공학회 춘계학술연구발표회 논문집, 부산 경성대학교, 1361-1363, 2004. 

  9. 김영화, 홍순호, "풍화현상에 수반되는 화강암의 물성 변화에 관한 연구", 광산지질, 제30권, pp. 221-232, 1990. 

  10. Lee, S. G., "Weathering of granite", Journal of the Geological Society of Korea, Vol 29, pp.396-413, 1993. 

  11. 정문헌, 이주호, 손병현, "풍화에 의한 화강암의 특성 변화", 한국산학기술학회논문지, 제10권 제8호, pp. 2026-2031, 2009. 

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