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문제 정의
- 그러므로 마이크로웨이브 조사 가열에 의한 에멀젼 분리 방법이 오일 회수와 오일 폐수의 감소를 위하여 사용되던 기존 가열 방법들을 대체할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 본 연구에서는 마이크로웨이브 조사 가열에 오일 분리 효과를 증대시키기 위해 pH조건, 천일염 첨가, Na2S2O8 첨가의 조건을 조절하여 최대 오일 분리 효과를 연구하였다.
제안 방법
- 10% 절삭유에 천일염(10 g/L) 첨가에 따라 Oil-Water 분리 변화를 관찰하였다. 실험에 사용한 천일염의 성분을 Table 2에 나타내었다.
- MIC-3500을 각 농도별(4, 8, 10, 15 그리고 20%)로 조제하여 마이크로웨이브 조사 후 각 농도별로 흡광도를 나타냈었다. 측정결과 193−203 nm에서 peak가 나타냈으며, 절삭유의 농도가 짙어질수록 흡광도가 증가하였고 또한 파장(nm)이 길어지는 것을 확인하였다(Fig.
- Na2S2O8 첨가에 따른 오일 제거효율을 확인하기 위하여 10% MIC-3500 에멀젼에 persulfate를 1−8 M 첨가하고 마이크로웨이브를 조사 가열한 후 침전을 시켰다.
- pH는10% 절삭유에 산(1.1 N HCl, 2.5 N H2SO4)을 이용하여 pH를 각각 2, 3, 4, 5, 6, 7 그리고 8로 조절한 후 마이크로웨이브를 조사하여 분리 효율을 파악하였다.
- pH조절에 따른 절삭유의 농도 변화를 확인하기 위해 pH 2, 3, 4, 5, 6, 7 그리고 8의 조건에서 마이크로웨이브를 조사 가열하였다.
- 노르말-헥산법으로 추출된 오일에 흡광도를 측정하였다. 그 결과 노르말-헥산법으로 추출된 오일의 양이 많을수록 흡광도가 증가함을 알 수 있었다(Fig.
- 두 번째로 10% METOSOL506 에멀젼의 pH를 조절하고 천일염을 첨가한 후에 마이크로웨이브 조사 가열하여 변화를 확인하였다. 그 결과 역시 천일염을 첨가하지 않은 경우보다 흡광도가 낮아진 것을 확인하였다(Fig.
- 또한, 노르말-헥산법으로 추출된 오일양에 CODMn을 측정하였다. 그 결과 노르말-헥산법으로 추출된 오일의 양이 많을수록 CODMn이 증가함을 알 수 있었다(Fig.
- 세 번째로 10% EM-100 에멀젼의 pH를 조절하고 천일염을 첨가한 후에 마이크로웨이브 조사 가열하여 변화를 확인하였다. 그 결과 천일염이 첨가되지 않은 경우 보다 흡광도가 낮아진 것을 확인하였다(Fig.
- 에멀젼은 900 mL 증류수에 100 mL 절삭유를 혼합하여 10%가 되도록 하고 1000 mL 아크릴 통에 188 rpm에서 30 min 간 Jar-Test로 교반을 실시하여 혼합하여 조제하였다. 폐절삭유는 희석 없이 원액 그대로 실험에 사용하였다.
- 절삭유의 농도를 1, 2, 5 그리고 10%로 제조하여 마이크로웨이브 조사 유/무에 따른 흡광도를 측정하였다. 그 결과 1% 절삭유는 마이크로웨이브 조사 가열 전과 후의 변화가 없었으며, 반면 2% 절삭유는 마이크로웨이브 조사 가열 후 최대 0.
- 천일염 첨가에 따른 오일 제거효율을 확인하기 위하여, 주어진 각각의 pH조건에서 천일염을 10 g/L 첨가하여 오일 제거효율의 변화를 확인하였다.
- 첫 번째로 10% MIC-3500 에멀젼의 pH를 조절하고 천일염을 첨가한 후에 마이크로웨이브 조사 가열하여 변화를 확인하였다. 그 결과 천일염을 첨가하지 않은 경우보다 흡광도가 낮아진 것을 확인하였다(Fig.
대상 데이터
- 마이크로웨이브 오븐은6 한국 고주파 응용 기기 사 1.5 k로 High frequency power supply (AC 220 V, 60 Hz, 3 kVA), microwave cavity (W420 × D400 × H380, RF-Coupler (WR-430L), temperature control system (KMIC-TC1)을 이용하였다.
- 본 실험에 사용된 절삭유는 범우화학의 MIC-3500, 한성사의 METOSOL 506, SINCOOL사의 EM-100 3종류의 수용성 절삭유를 샘플로 실험하였다(Table 1).
- 에멀젼은 900 mL 증류수에 100 mL 절삭유를 혼합하여 10%가 되도록 하고 1000 mL 아크릴 통에 188 rpm에서 30 min 간 Jar-Test로 교반을 실시하여 혼합하여 조제하였다. 폐절삭유는 희석 없이 원액 그대로 실험에 사용하였다.
성능/효과
- 10% EM-100 에멀젼은 pH 6, 7에서 제거효율이 높았으며, 그 결과 중성에서 천일염 첨가 시 오일 제거효율이 상승하였다.
- 10% METOSOL506 에멀젼은 pH 3, 6, 7 그리고 8에서 제거효율이 높았으며, 그 결과 중성에서 천일염 첨가 시 오일 제거효율이 상승하였다.
- 10% MIC-3500 에멀젼은 pH 2, 3, 5 그리고 6에서 제거 효율이 높았으며, 그 결과 강한 산성에서 천일염 첨가 시 오일 제거효율이 상승하였다.
- 천일염 첨가 후 pH조절과 마이크로웨이브 조사 하였을 때 MIC-3500은 pH 5, 7에서 70%의 Oil 제거효율을 나타냈다. METOSOL 506은 육안으로 뚜렷한 관찰이 가능하였으며, pH 4, 5를 제외한 조건에서 50% 이상의 Oil 제거 효율을 나타냈다. EM-100은 천일염 첨가 전과 마찬가지로 pH가 떨어짐에 따라 Oil 제거효율이 향상되었다.
- MIC-3500, METOSOL 506, EM-100 절삭유의 오일 제거효율에 대한 연구를 수행함에 있어 pH조절과 마이크로웨이브 조사 가열하였을 때 MIC-3500은 pH 4, 5, 6, 7, 8의 조건에서 40% 이상의 Oil 제거효율을 나타났다. METOSOL 506은 육안으로 뚜렷한 분리가 관찰되지 않았으며 EM-100은 pH가 떨어짐에 따라 Oil 제거효율이 향상되었다.
- MIC-3500, METOSOL 506, EM-100 절삭유의 오일 제거효율에 대한 연구를 수행함에 있어 pH조절과 마이크로웨이브 조사 가열하였을 때 MIC-3500은 pH 4, 5, 6, 7, 8의 조건에서 40% 이상의 Oil 제거효율을 나타났다. METOSOL 506은 육안으로 뚜렷한 분리가 관찰되지 않았으며 EM-100은 pH가 떨어짐에 따라 Oil 제거효율이 향상되었다.
- Na2S2O8과 천일염 첨가 후 pH조절과 마이크로웨이브 조사 가열하였을 때 MIC-3500은 Na2S2O8의 농도가 5M이상일 때 흡광도 및 CODMn이 50%로 감소하였다.
- 첨가에 따른 오일 제거효율을 확인하기 위하여 10% MIC-3500 에멀젼에 persulfate를 1−8 M 첨가하고 마이크로웨이브를 조사 가열한 후 침전을 시켰다. Na2S2O8를 첨가한 양에 따라 제거효율에 변화가 나타났으며, 5 M 첨가부터 시료의 투명도가 바뀌었고, 제거된 오일의 양이 증가함을 관찰할 수 있었다. 그 결과 Na2S2O8의 첨가된 양이 1, 2 M의 경우 절삭유 100 mL에서 약 1 mL 오일이 분리되었으며 3, 4 M의 경우 약 5 mL 분리되었다.
- 절삭유의 농도를 1, 2, 5 그리고 10%로 제조하여 마이크로웨이브 조사 유/무에 따른 흡광도를 측정하였다. 그 결과 1% 절삭유는 마이크로웨이브 조사 가열 전과 후의 변화가 없었으며, 반면 2% 절삭유는 마이크로웨이브 조사 가열 후 최대 0.5의 흡광도 차이를 나타내었다(Fig. 4).
- Na2S2O8를 첨가한 양에 따라 제거효율에 변화가 나타났으며, 5 M 첨가부터 시료의 투명도가 바뀌었고, 제거된 오일의 양이 증가함을 관찰할 수 있었다. 그 결과 Na2S2O8의 첨가된 양이 1, 2 M의 경우 절삭유 100 mL에서 약 1 mL 오일이 분리되었으며 3, 4 M의 경우 약 5 mL 분리되었다. 그리고 5, 6, 7 그리고 8 M에서 10 mL의 높은 분리효율을 보였으며, 흡광도를 측정해본 결과 첨가한 Na2S2O8의 농도가 5, 6, 7 그리고 8 M일 때 매우 감소하였다(Fig.
- 을 측정하였다. 그 결과 노르말-헥산법으로 추출된 오일의 양이 많을수록 CODMn이 증가함을 알 수 있었다(Fig. 3).
- 노르말-헥산법으로 추출된 오일에 흡광도를 측정하였다. 그 결과 노르말-헥산법으로 추출된 오일의 양이 많을수록 흡광도가 증가함을 알 수 있었다(Fig. 2).
- 6). 그 결과 오일 제거효율이 pH 4, 7에서 약 20%, pH 2, 3에서 약 50%로 나타났으며, pH 5, 6에서 약 70%로 높게 나타났다.
- 첫 번째로 10% MIC-3500 에멀젼의 pH를 조절하고 천일염을 첨가한 후에 마이크로웨이브 조사 가열하여 변화를 확인하였다. 그 결과 천일염을 첨가하지 않은 경우보다 흡광도가 낮아진 것을 확인하였다(Fig. 6). 그 결과 오일 제거효율이 pH 4, 7에서 약 20%, pH 2, 3에서 약 50%로 나타났으며, pH 5, 6에서 약 70%로 높게 나타났다.
- 세 번째로 10% EM-100 에멀젼의 pH를 조절하고 천일염을 첨가한 후에 마이크로웨이브 조사 가열하여 변화를 확인하였다. 그 결과 천일염이 첨가되지 않은 경우 보다 흡광도가 낮아진 것을 확인하였다(Fig. 8). 오일 제거효율이 pH 8에서 약 40%, pH 7에서 약 80%로 나타났으며, pH 2, 3, 4, 5 그리고 6에서 약 95%로 높게 나타났다.
- 그 결과 Na2S2O8의 첨가된 양이 1, 2 M의 경우 절삭유 100 mL에서 약 1 mL 오일이 분리되었으며 3, 4 M의 경우 약 5 mL 분리되었다. 그리고 5, 6, 7 그리고 8 M에서 10 mL의 높은 분리효율을 보였으며, 흡광도를 측정해본 결과 첨가한 Na2S2O8의 농도가 5, 6, 7 그리고 8 M일 때 매우 감소하였다(Fig. 9).
- 두 번째로 10% METOSOL506 에멀젼으로 실험을 진행한 결과 오일제거 효율이 pH 6, 7, 8에서 약 10% 미만으로 낮게 나타났으며, pH 2, 3, 4 그리고 5에서 약 50%로 가장 높게 나타났다.
- 따라서 마이크로웨이브 조사 가열로 절삭유의 농도가 1, 5 그리고 10% 절삭유에는 변화가 없었으며, 2% 절삭유만 변화가 있음을 확인 하였다.
- 따라서 본 연구는 마이크로웨이브를 이용하여 pH조절, 천일염 및 Na2S2O8의 첨가로 일정 이상의 오일 분리를 이끌어 낼 수 있었다.
- 마지막으로 10% EM-100 에멀젼으로 실험을 진행한 결과 오일제거 효율이 pH 7, 8에서 약 50%, pH 6에서 약 80%로 나타났으며, pH 2, 3, 4 그리고 5에서 약 95%로 높게 나타났다.
- 오일 제거효율은 첨가한 Na2S2O8의 농도가 1 M일 때 4%가 나타났으며, 2, 3 M일 때 약 25% 그리고 4 M일 때 39%가 나타났고, 5, 6, 7 그리고 8 M일 때 약 55%의 높은 제거 효율이 나타났다.
- 7). 오일 제거효율이 pH 4, 5에서 약 30%, pH 2에서 약 60%로 나타났으며, pH 3, 7 그리고 8에서 약 80%로 높게 나타났다.
- 8). 오일 제거효율이 pH 8에서 약 40%, pH 7에서 약 80%로 나타났으며, pH 2, 3, 4, 5 그리고 6에서 약 95%로 높게 나타났다.
- 위의 결과로 천일염을 첨가함에 따라 오일 제거효율이 향상하였다는 사실을 확인하였다.
- 첫 번째로 10% MIC-3500 에멀젼으로 실험을 진행한 결과 오일제거 효율이 pH 2에서 약 10%, pH 3에서 약 5%로 낮게 나타났으며, pH 4, 5, 6, 7 그리고 8에서 약 50%로 높게 나타났다.
- 측정결과 193−203 nm에서 peak가 나타냈으며, 절삭유의 농도가 짙어질수록 흡광도가 증가하였고 또한 파장(nm)이 길어지는 것을 확인하였다(Fig. 1).
후속연구
- 그러므로 마이크로웨이브 조사 가열에 의한 에멀젼 분리 방법이 오일 회수와 오일 폐수의 감소를 위하여 사용되던 기존 가열 방법들을 대체할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 본 연구에서는 마이크로웨이브 조사 가열에 오일 분리 효과를 증대시키기 위해 pH조건, 천일염 첨가, Na2S2O8 첨가의 조건을 조절하여 최대 오일 분리 효과를 연구하였다.
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