In this research, a few paints in the shipyard were selected and analyzed for the component and ozone production in marine paint using TVOC and GC/FID, ozone generation index (MIR, POCP) to establish measures of $VOC_s$ effectively. The concentrations of TVOC ranged between approximately ...
In this research, a few paints in the shipyard were selected and analyzed for the component and ozone production in marine paint using TVOC and GC/FID, ozone generation index (MIR, POCP) to establish measures of $VOC_s$ effectively. The concentrations of TVOC ranged between approximately 300~400 g/L and 400~500 g/L, respectively and these showed 37% of whole. Our results indicated that the main constituents of marine paints were m,p,oxylene (49%), ethyl benzene (10%), toluene (8%) and 2-propanol (5%). It was also found that xylene concentration have relatively higher impact on ozone generation. The types of paints were also investigated for their potentials. The biggest contributor was the 1 Pack Finish paint. The rest is, in their contributing order, 1 Pack Finish paint, 2 pack Finish paint, Anti-fouling paint, 2 Pack A/C paint, Ballast paint and 1 Pack A/C paint.
In this research, a few paints in the shipyard were selected and analyzed for the component and ozone production in marine paint using TVOC and GC/FID, ozone generation index (MIR, POCP) to establish measures of $VOC_s$ effectively. The concentrations of TVOC ranged between approximately 300~400 g/L and 400~500 g/L, respectively and these showed 37% of whole. Our results indicated that the main constituents of marine paints were m,p,oxylene (49%), ethyl benzene (10%), toluene (8%) and 2-propanol (5%). It was also found that xylene concentration have relatively higher impact on ozone generation. The types of paints were also investigated for their potentials. The biggest contributor was the 1 Pack Finish paint. The rest is, in their contributing order, 1 Pack Finish paint, 2 pack Finish paint, Anti-fouling paint, 2 Pack A/C paint, Ballast paint and 1 Pack A/C paint.
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문제 정의
본 연구에서는 사용량이 높은 선박용 도료의 VOCs 함량분포 및 성분, 오존생성능력을 분석함으로써 향후 잠재적 오존발생량을 효과적으로 저감시킬 수 있는 방안을 마련하고자 수행하였으며, 다음과 같은 결론을 도출하였다.
본 연구에서는 현재 조선소에서 사용 중인 도료제품의 VOCs 조성분석을 통하여 도료 용도별 오존생성능력에 대한 평가를 수행하였다.
제안 방법
대기환경보전법의 37종 VOCs(KMOE, 2012) 중분석 가능한 14종 물질과 이외 검출물질 (비지정물질)을 TVOC 함량과 비교분석하여 그림 1에 제시하 였다. 14종 VOCs 함량의 전반적인 경향은 100~200 g/L 사이인 도료가 전체의 46.
1~19번 물질은 내부표준물질 (Isobutyl alcohol)을 이용하여 상대응답인자 (RRF)에의한 내부표준화법으로 분석하였으며, 20~31번 물질은 EPA 자료의 RRF를 활용하였다 (Ldartools, 2011). 분석조건은 표 3과 같으며, 1~19번 물질의 함량은 GC/FID를 이용한 정량분석으로 산정하였다. 이외 물질의 경우, GC/MS를 이용한 정성분석으로 도료 내 성분을 분석한 후 GC/FID를 이용하여 성분의 피크면적과 RRF를 이용하여 정량하였다.
용도별로 MIR과 POCP기준의 평균 잠재적 오존 발생량을 표 5에 제시하였으며, 이를 그림 3과 같이 2015년 함유기준과 함께 TVOC 대비 오존발생 변화량을 나타내었다. 결과를 살펴보면, 1액형 마감도료의 평균 TVOC 함량은 592.
이에 우리나라의 광화학오염물 질측정망 (PAMS)에서 측정한 VOCs와 NOx 농도를 이용하여 한국에 적합한 오존 기여도 평가인자인 RIR을 개발하였다.
대상 데이터
국내에 유통되는 선박용 도료 중 사용량이 많은 도료를 분류기준에 따라 총 30개 제품으로 선정하였으며(표 1), 도료 용기에 명시된 권장 비율을 기준으로 최대희석비로 희석한 후 이용하였다.
데이터처리
이외 물질의 경우, GC/MS를 이용한 정성분석으로 도료 내 성분을 분석한 후 GC/FID를 이용하여 성분의 피크면적과 RRF를 이용하여 정량하였다. 자세한 계산 방법은 아래와 같으며(ISO, 2006), 모든 분석은 3회 반복하여 평균값을 사용하였다.
이론/모형
를 표준물질 (STD)로 선정한 후, 국제 표준법 ISO 11890-2에 따라 GC/MS 및 GC/FID를 사용하여 분석하였다. 1~19번 물질은 내부표준물질 (Isobutyl alcohol)을 이용하여 상대응답인자 (RRF)에의한 내부표준화법으로 분석하였으며, 20~31번 물질은 EPA 자료의 RRF를 활용하였다 (Ldartools, 2011). 분석조건은 표 3과 같으며, 1~19번 물질의 함량은 GC/FID를 이용한 정량분석으로 산정하였다.
개별 VOCs 분석의 경우 표 2에 제시한 바와 같이 총 31종 VOCs를 표준물질 (STD)로 선정한 후, 국제 표준법 ISO 11890-2에 따라 GC/MS 및 GC/FID를 사용하여 분석하였다. 1~19번 물질은 내부표준물질 (Isobutyl alcohol)을 이용하여 상대응답인자 (RRF)에의한 내부표준화법으로 분석하였으며, 20~31번 물질은 EPA 자료의 RRF를 활용하였다 (Ldartools, 2011).
먼저 TVOC 분석을 위해 분석대상도료를 KSM ISO 2811-1 (밀도), KSM ISO 3251 (불휘발분 함량), KSM 0034 Karl Fischer 적정방법 (수분함량), KSM ISO 11890-2 가스 크로마토그래피 방법(면제물질 함량)에 따라 분석하였으며 (NIER, 2006), 위의 시험방법에 따라 측정한 결과값을 국립환경과학원 고시 제 2009-18호 산정방식에 적용하였다.
성능/효과
» VOC (14종)에서는 1액형 마감도료가 가장 TVOC 함량에 근접하였으며, 1액형 방청도료는 약 300 g/L 이상의 큰 차이를 보여 비지정물질을 다량 함유하고 있다는 것을 확인하였다.
1 액형 방청도료의 경우 상대적으로 오존생성기여도가 낮은 물질의 함량이 높아 잠재적 오존발생량이 낮게 나타났다.
1) TVOC 함량은 300~400 g/L, 400~500 g/L 사이의 도료가 전체의 36.7%를 이루었다. 규제지정물질인 14종 함량은 100~200 g/L 사이인 도료가 전체의 46.
2) GC/MS 및 GC/FID 분석결과, 총 31종 물질 중 m,p,o-xylene, ethyl benzene, toluene, 2-propanol 위주로 검출되었으며, 특히 오존생성기여도가 높은 xylene류가 전체 함량의 평균 50% 상회하였다.
3) 용도별 잠재적 오존발생량을 비교한 결과, 1액형 마감도료, 2액형 마감도료, 방오도료, 2액형 방청 도료, 발라스트 도료, 1액형 방청도료 순으로 관리하는 것이 잠재적 오존발생량의 저감효과가 높을 것으로 판단된다.
» VOC (14종)에서는 1액형 마감도료가 가장 TVOC 함량에 근접하였으며, 1액형 방청도료는 약 300 g/L 이상의 큰 차이를 보여 비지정물질을 다량 함유하고 있다는 것을 확인하였다. 개별 VOCs 31종을 모두 합산하여 살펴보면, 방오도료와 1액형 마감도료가 24 ~75 g/L의 근소한 차이를 보여 TVOC에 가장 근접하는 것으로 나타났다.
결과를 살펴보면, 1액형 마감도료의 평균 TVOC 함량은 592.7 g/L로 가장 높은 잠재적 오존발생량을 보였는데 이는 1액형 마감도료와 희석제의 m,p-xylene의 함량이 다른 도료와 비교하여 약 3배 많아 잠재적 오존발생량이 증가한 것으로 사료된다.
따라서 표 4는 현행 기준에 따라 분석한 전체 도료제품의 밀도, 불휘발분, 수분, TVOC 함량, 개별 VOCs 함량 등을 용도별로 분류하여, 같은 분류내 도료제품의 평균과 표준편차를 나타낸 것이다. 결과를 살펴보면, TVOC 함량이 300~500 g/L 사이인 도료가 전체의 73.3%를 차지하였다. 용도별로 살펴 보면, 1액형 마감도료의 함량은 592.
7%를 이루었다. 규제지정물질인 14종 함량은 100~200 g/L 사이인 도료가 전체의 46.7%를 차지하였으며, 비지정물질을 포함한 총 31 종 물질은 TVOC 함량에 근접하였다.
그림 2의 개별 VOCs 성분 결과를 보면, 지정물질 14종 대비 비지정물질의 함량 비율은 평균 36%인 것으로 나타났으며, 대부분의 도료에서 VOCs 함량이 높아질수록 지정물질과 비지정물질 함량 모두 동시에 증가하였다. 또한 개별 31종 VOCs 중 대부분의 도료에서 m,p,o-xylene (49%)을 가장 많이 사용하는 것으로 조사되었으며 ethyl benzene (10%), toluene (8%), 2-propanol (5%) 순으로 검출되었다.
함량이 높아질수록 지정물질과 비지정물질 함량 모두 동시에 증가하였다. 또한 개별 31종 VOCs 중 대부분의 도료에서 m,p,o-xylene (49%)을 가장 많이 사용하는 것으로 조사되었으며 ethyl benzene (10%), toluene (8%), 2-propanol (5%) 순으로 검출되었다. 선행연구에서 제시한 건축용 및 자동차보수용, 도로표지용 도료의 검출물질을 살펴보면(Jung et al.
용도별 농도를 기준으로 비교하면, 1액형 방청도료와 2액형 방청도료의 TVOC 함량은 평균 384.0~399.6 g/L로 비슷한 농도를 보였으나, 잠재적 오존발생량은 2액형 방청도료가 평균 1.6배 높게 나타났다. 따라서 향후에는 xylene류의 함량 감소를 위한 용제 대체 같은 방법을 통해 위 도료를 중점적으로 관리하는 것이 오존저감 효과가 상대적으로 클 것으로 판단된다.
1 액형 방청도료의 경우 상대적으로 오존생성기여도가 낮은 물질의 함량이 높아 잠재적 오존발생량이 낮게 나타났다. 이와 같은 결과를 고려하면, xylene류 함유 량이 선박용 도료의 잠재적 오존발생량 변화에 크게기 영향을 주는 물질임을 보여준다. 이는 기존 오존 전구물질의 측정이나 광화학모델링에서의 배출량 자료 분석에 관한 기존 연구에서도 볼 수 있는데, Seo et al.
후속연구
6배 높게 나타났다. 따라서 향후에는 xylene류의 함량 감소를 위한 용제 대체 같은 방법을 통해 위 도료를 중점적으로 관리하는 것이 오존저감 효과가 상대적으로 클 것으로 판단된다. 1액형 방청도료는 오존생성기여도가 낮아 향후 규제 기준 강화 시 오존저감 효과는 상대적으로 미비할 것으로 여겨진다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
휘발성유기화합물의 특징은?
지난 수년간의 대기오염도를 살펴보면, 일산화탄소 (CO), 이산화황(SO2), 납(Pb)과 같은 1차 오염물질들은 점차 줄어들지만 오존 (O3), PAN과 같은 2차 오염물질들은 증가하는 경향을 보이고 있다 (Choi, 2012). 휘발성유기화합물 (이하 VOCs)은 유해화학물 질을 포함하는 경우가 많아 독성에 대한 관리가 필요할 뿐만 아니라 광화학반응으로 오존 생성을 유발 하게 된다 (KMOE, 2002). 국가배출량 산정결과의 VOCs 주요 배출원은 유기용제사용이며 도료사용으로 인한 기여도는 전체 배출량의 64%를 차지하고 있다(NIER, 2013).
환경부는 도료 내 VOCs를 어떻게 관리하고 있는가?
도료가 사용되는 산업분야에 따라 방지시설 적용이 가능한 영역도 존재하지만 야외도장으로 도료 내 VOCs 성분이 대기 중으로 비산배출되는 영역도 존재한다. 환경부는 건축용, 자동차보수용, 도로표지용 도료에 대하여 VOCs 함유기준을 설정하였으며, 함유기 준을 점차 강화하며 관리하고 있다. 선박용·강교용 도료의 경우 전체 VOCs 배출량(28만 6,000톤) 중 약 15%를 차지하며, 도장공정은 대부분 야외도장으로 규모가 크다.
잠재적 오존발생량의 효과적 저감을 위해 사용량이 높은 선박용 도료의 VOCs 함량분포 및 성분, 오존생성능력을 분석한 결론은 무엇인가?
1) TVOC 함량은 300~400 g/L, 400~500 g/L 사이의 도료가 전체의 36.7%를 이루었다. 규제지정물질인 14종 함량은 100~200 g/L 사이인 도료가 전체의 46.7%를 차지하였으며, 비지정물질을 포함한 총 31 종 물질은 TVOC 함량에 근접하였다.
2) GC/MS 및 GC/FID 분석결과, 총 31종 물질 중 m,p,o-xylene, ethyl benzene, toluene, 2-propanol 위주로 검출되었으며, 특히 오존생성기여도가 높은 xylene류가 전체 함량의 평균 50% 상회하였다.
3) 용도별 잠재적 오존발생량을 비교한 결과, 1액형 마감도료, 2액형 마감도료, 방오도료, 2액형 방청 도료, 발라스트 도료, 1액형 방청도료 순으로 관리하는 것이 잠재적 오존발생량의 저감효과가 높을 것으로 판단된다.
참고문헌 (17)
Carter, W.P.L. and R. Atkinson (1989) Computer modeling study of incremental hydrocarbon reactivity, Envir. Sci. Technol., 23, 864-880.
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