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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 세계적으로 우수한 탄화물로 알려진 졸가시나무 탄화물에 대해 주요 기능성을 분석하여, 기능 특성을 규명함과 국내산 탄화물과의 비교를 통해 국내산 탄화물의 품질 향상 방안을 검토하는데 연구의 목적이 있다.
제안 방법
- 60 mesh 분말 1 g에 대해 항온 항습기(Dasol science, DS-541)에서 온도 20℃, 관계습도(RH) 90%, 65% 및 25%의 조건에서 흡습성을 조사하였다.
- 60 mesh 분말에 대해 메틸렌블루 흡착량(adsorption of methyleneblue, MBA)을 측정하였다. 흡착 시험은 활성탄 시험법(KS M 1802, 1993)에 의거하여 시료 0.
- 3 g을 1 mg까지 측정하여 메틸렌블루 용액 25 ㎖를 100 ㎖ 삼각플라스크에 담아서 30분간 교반하였다. 교반한 시료를 여과하여 파장 665 ㎚에서 흡광도를 측정하고, 미리 작성한 검량선을 이용하여 각각의 잔류농도를 구한 후 식에 의해 흡착량을 구하였다. 흡착등온선을 작성한 후 잔류농도가 0.
- 0 g(전건 중량환산)을 200 ㎖ 삼각 플라스크에 넣고 물 100 ㎖를 첨가하여 5분간 끊인 후 상온까지 냉각하였다. 그후 물을 첨가하여 100 ㎖ 로 만든 후, 수소이온농도를 측정하였다.
- 1341)를 사용하였다. 산소를 압입한 열량계의 봄베 속에서 시료를 연소시키면 봄베 밖의 내통 속의 물이 데워지며, 이 물의 연소 전후의 온도차에서 구한 값에 대하여 열 보정을 하여 발열량을 산출하였다.
- 2 g을 시료용기로 넣고 챔버에 밀어 넣은 후 시료의 표면이 챔버의 중앙에 위치해 놓고, 측정수치계와 측정기의 전원을 켜고 온도의 조건을 40℃로 설정하였다. 온도부가 설정해 놓은 온도와 일치한 후 20~25분경과 후 방사에너지양을 얻은 후 흑채의 방사에너지양(415)과 비교해 원적외선 방사율로 하였다.
- 원적외선 감지기(BIO-RED, FIM-6001)에 60 mesh의 분말시료 0.2 g을 시료용기로 넣고 챔버에 밀어 넣은 후 시료의 표면이 챔버의 중앙에 위치해 놓고, 측정수치계와 측정기의 전원을 켜고 온도의 조건을 40℃로 설정하였다. 온도부가 설정해 놓은 온도와 일치한 후 20~25분경과 후 방사에너지양을 얻은 후 흑채의 방사에너지양(415)과 비교해 원적외선 방사율로 하였다.
- 본 실험에 사용된 공시재료는 일본에서 자생하는 졸가시나무(Quercus phillyraeoides)를 이용하여 생산된 탄화물인 비장탄 2종류(제조회사 다름: A, B로 구분)이다. 이들에 대해 공업분석 및 비중, 메틸렌블루 흡착량, 흡습성, 원적외선 방사율, 수소이온농도 및 발열량을 조사하였다.
- 졸가시나무 탄화물에 대해 주요 기능 특성 규명과, 국내산 탄화물의 품질 향상 방안의 검토를 위해 졸가시나무 탄화물의 주요 기능을 지금까지 보고된 탄화물들과 비교해 분석한 결과는 다음과 같다. 고정탄소율은 약 85% 이상으로 높은 경향을, 비중은 약 1.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 공시재료는 일본에서 자생하는 졸가시나무(Quercus phillyraeoides)를 이용하여 생산된 탄화물인 비장탄 2종류(제조회사 다름: A, B로 구분)이다. 이들에 대해 공업분석 및 비중, 메틸렌블루 흡착량, 흡습성, 원적외선 방사율, 수소이온농도 및 발열량을 조사하였다.
이론/모형
- 60 mesh 분말에 대해 공업 분석(KS E 3705 석탄시험법)에 의해 수분, 회분, 휘발분, 고정탄소를 분석하였다. 비중은 액체치환법에 하나인 실린더(cylinder)법을 이용하여 분석하였다.
- 발열량은 Oxygen Bomb Calorimeter (PARR INSTRUMENT COMPANY, No.1341)를 사용하였다. 산소를 압입한 열량계의 봄베 속에서 시료를 연소시키면 봄베 밖의 내통 속의 물이 데워지며, 이 물의 연소 전후의 온도차에서 구한 값에 대하여 열 보정을 하여 발열량을 산출하였다.
- 60 mesh 분말에 대해 공업 분석(KS E 3705 석탄시험법)에 의해 수분, 회분, 휘발분, 고정탄소를 분석하였다. 비중은 액체치환법에 하나인 실린더(cylinder)법을 이용하여 분석하였다.
- 수소이온농도는 활성탄 시험법(JIS K 1470)에 따라 60 mesh 분말 시료 1.0 g(전건 중량환산)을 200 ㎖ 삼각 플라스크에 넣고 물 100 ㎖를 첨가하여 5분간 끊인 후 상온까지 냉각하였다. 그후 물을 첨가하여 100 ㎖ 로 만든 후, 수소이온농도를 측정하였다.
- 60 mesh 분말에 대해 메틸렌블루 흡착량(adsorption of methyleneblue, MBA)을 측정하였다. 흡착 시험은 활성탄 시험법(KS M 1802, 1993)에 의거하여 시료 0.1 g, 0.2 g, 0.3 g을 1 mg까지 측정하여 메틸렌블루 용액 25 ㎖를 100 ㎖ 삼각플라스크에 담아서 30분간 교반하였다. 교반한 시료를 여과하여 파장 665 ㎚에서 흡광도를 측정하고, 미리 작성한 검량선을 이용하여 각각의 잔류농도를 구한 후 식에 의해 흡착량을 구하였다.
성능/효과
- 졸가시나무 탄화물에 대해 주요 기능 특성 규명과, 국내산 탄화물의 품질 향상 방안의 검토를 위해 졸가시나무 탄화물의 주요 기능을 지금까지 보고된 탄화물들과 비교해 분석한 결과는 다음과 같다. 고정탄소율은 약 85% 이상으로 높은 경향을, 비중은 약 1.0 이상으로 높은 경향을 나타냈다. MBA는 약 0.
- 이 등(2012)은 국산 붉가시나무에 대해 실험실 전기로에서 탄화한 탄화물의 고정탄소는 78%로 보고하였다. 따라서 졸가시나무 탄화물의 고정탄소가 국내 시판 참나무 탄화물 및 실험실에서 온도와 시간에 따라 제조된 탄화물보다 높은 고정탄소율을 나타낸 것을 알 수 있었다.
- 졸가시나무 탄화물의 공업 분석 및 비중을 Table 1에 나타냈다. 졸가시나무 탄화물의 공업 분석치는 탄화물 A가 수분 2.78%, 회분 3.69%, 회발분 7.65% 및 고정탄소가 85.97%, 탄화물 B가 수분 3.28%, 회분 3.74%, 회발분 5.67% 및 고정탄소가 87.31%로 나타났으며, 이들 간에는 그리 큰 차이를 나타내지 않았다. 지금까지 보고된 주요 탄화물의 공업 분석을 보면 김과 공(1999)은 갈참나무, 굴참나무에 대해 실험실 전기로에서 탄화한 탄화물의 고정탄소는 각각 80.
- 73로 조사되었다고 보고하였다. 졸가시나무 탄화물의 비중은 국내 시판 참나무 탄화물 및 실험실에서 온도와 시간에 따라 제조된 탄화물보다 높은 비중을 나타낸 것을 알 수 있었다. 고정탄소율 및 비중은 탄화정도 및 탄화품질의 바로미터로 높을수록 우수한 탄화물이라고 볼 수 있다.
- 2를 600℃에서 약 pH 9를 나타낸다고 하였다. 졸가시나무 탄화물의 수소이온농도가 국내 주요 참나무 탄화물의 수소이온농도보다 낮게 나타나는 경향을 보였다. 따라서 졸가시나무 탄화물을 토양개량제로 사용할 수는 있을 것으로 생각되나, 다른 탄화물에 비해서는 우수한 토양개량제라고 볼 수 없을 것으로 생각된다.
- 이 등(2012)은 국산 붉가시나무에 대해 실험실 전기로에서 탄화한 탄화물의 원적외선 방사율은 평균 73~83% 범위로 나타났다고 보고하였다. 졸가시나무 탄화물의 원적외선 방사율은 지금까지 보고된 탄화물의 원적외선 방사율보다는 높은 것으로 나타났다. 원적외선이란 전자파의 일종으로서 적외선 중 파장이 긴 것을 말하며 잘 흡수되는 성질이 있어 피부 깊숙이 침투하여 열을 만들어내는 것으로 구(2003)는 이 열작용을 통해 각종 질병이 되는 세균을 없애 주며 혈액순환 및 세포조직 생성, 노화 방지, 신진대사 촉진, 만성피로등 각종 성인병 예방에 효과가 있는 것으로 알려져 있다.
- 2는 졸가시나무 탄화물의 원적외선 방사율을 나타낸 것이다. 졸가시나무 탄화물의 원적외선 방사율은 탄화물 A가 91%, 탄화물 B가 90%로, 이들 간에는 차이가 없는 것으로 나타났다. 지금까지 보고된 주요 탄화물의 원적외선 방사율을 보면 이와 김(2011)은 굴참나무, 상수리나무에 대해 실험실 전기로에서 탄화한 탄화물의 원적외선 방사율은 약 90%라고 발표하였고, 이와 김(2010b)은 금번 졸가시나무 탄화물과 같이 우리나라 전통 탄화가마에서 생산되어 시판되는 참나무 흑탄과 백탄의 원적외선 방사율을 조사한 결과 흑탄은 평균 89%, 백탄은 87%로 조사되었다고 보고하였다.
- Table 2는 졸가시나무 탄화물의 흡습성을 나타낸 것이다. 탄화물 A, B 모두 관계습도가 높을수록 흡습성이 커졌으며 탄화물 A의 경우 온도 20℃ RH25%에서 2.03%, 온도 20℃ RH65%에서 3.18%, 온도 20℃ RH90%에서 4.08%, 탄화물 B의 경우 온도 20℃ RH25%에서 2.30%, 온도 20℃ RH65%에서 3.50%, 온도 20℃ RH90%에서 3.65%로 나타났다. 이들 간에는 거의 차이가 없는 것으로 나타났다.
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