[논문]패각 분말기반 과산화칼슘 제조와 산소 유리 특성

유길선; 안지은; 조대철; 권성현

doi:10.5322/jesi.2018.27.9.763

[국내논문] 패각 분말기반 과산화칼슘 제조와 산소 유리 특성
Preparation of Calcium Peroxide Originated from Oyster Shell Powder and Oxygen Releasing Ability 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.27 no.9, 2018년, pp.763 - 770

유길선 (순천향대학교 에너지환경공학과) , 안지은 (순천향대학교 에너지환경공학과) , 조대철 (순천향대학교 에너지환경공학과) , 권성현 (경상대학교 해양환경공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Bioremediation in situ is heavily dependent on the oxygenic environment which would privide the dwelling microorganism with sufficient oxygen. The situation could be easily resolved with supply of an Oxygen Releasing Compound (ORC). In this paper we prepared that sort of material out of oyster shell powder (mostly calcium carbonate) that prevails every shore areas of the country. We used two different oxidizing methods in the first step of the whole manufacturing process-conventional heating in a furnace and an ultrasound generator to obtain calcium oxide. Then that calcium oxide was further oxidized into calcium peroxide which may release oxygen under a moisturized condition. The oxygen releasing experiments were run to test the performance of our products, and to determine the gas kinetics during the experiments. Interestingly, calcium peroxide derived from ultrasound treatment was much more energy-effective as ORC than that from furnace heating although the heat derived process was better than that of ultrasound in terms of oxygen content and its releasing rate. We also found that most of the data collected from the gas releasing experiments fairly supported an ordinary $1^{st}$ order kinetics to oxygen concentration, which shaped a sharp discharge of oxygen at the very early moment of each test.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

가설 설정

처음 수중에 존재하는 산소는 포화상태로 가정한다. 또한 시료 CaO₂의 표면이 물과 접촉(반응)하면 쉬이 O₂를 해리, 방출하게 된다.

제안 방법

굴 패각 50 g을 정량하여 물 100 mL와 혼합한 뒤 초음파 분쇄기(ULTRA-TURRAX사 T18 basic, USA)를 사용하여 5분, 15분, 60분 동안 초음파 처리하였다. 그 다음 2.
이와 같이 에너지 효율과 공정의 단순성을 제고하여 과산화칼슘을 제조한 후 산소발생 효율을 비교하였다. 또한 산소발생 시험을 통하여 산소 발생의 동력학과 수용액중 포화 산소의 동적 거동도 함께 조사하였다.
과잉 산소 포함 분자그룹의 열분해/열적 재조합과 산소를 부착하는 방법인 과산화 반응을 적절히 ’조절’ 가능한 제조법의 혁신이 요구된다 하겠다. 본 연구그룹은 강열방식의 전통적 열 재조합 공정을 대체할 방법으로 초음파 적용을 고려하여 보았다. 초음파 발생기로 cavity 효과를 발생시켜 칼슘화합물의 분자그룹을 해체하고 산소를 결합시킴으로써 산화칼슘을 제조하고자 한다.
에 대하여 산소 발생 정도를 조사하였다. 이를 바탕으로 굴패각 분말의 CaO₂로의 전화율, CaO₂의 산소발생 속도 및 지속시간 등을 예측 또는 계량하였다. 또한 실험 결과를 토대로 제조법에 관한 메커니즘적 해석을 제시하고 토의하였다.

대상 데이터

위의 두 가지 CaO₂ 제조과정을 Fig. 1에 간단히 도식하였고 두 가지 방법으로 제조된 CaO₂의 원소조성을 비교를 위해 Sigma aldrich사의 CaO₂(Ca 55.60%, 44.39%)를 사용하여 비교했다.
과산화칼슘의 제조 원료로서 국립경상대학(경남 통영)에서 제공한 분말형태의 굴 패각을 사용하였다. 굴 패각 시료의 높은 탄산칼슘 함량을 감안하여 별도의 전처리 없이 모든 제조실험에 사용하였다.

이론/모형

2절에서 열 분해 산화법, 초음파 산화법으로 제조한 CaO₂에 대하여 산소 발생 정도를 조사하였다. 이를 바탕으로 굴패각 분말의 CaO₂로의 전화율, CaO₂의 산소발생 속도 및 지속시간 등을 예측 또는 계량하였다.

성능/효과

1) 전통적 열 분해 방식보다 초음파 분해방식이 제조 편의성이 높고 에너지 효율성 측면에서 우수하였다.
2) ORC 로부터 산소발생 속도와 총량은 열 분해(900°C)방법과 적정량의 과산화수소를 첨가했을 때 초음파 방식보다 2배 이상 높았으며 액상에서의 산소 유지 시간도 발생량에 비례하여 늘어났다.
3) 산소발생의 동력학은 발생 산소에 대한 1차 반응으로 파악되며 액상 산소 농도도 평형에 도달하기까지 느린 지수 함수적 감소 양상을 보였다.
4는 열 분해로 1차 합성된 CaO와 추가 H₂O₂ 산화에 의해 제조된 CaO₂의 산소발생을 비교한 것이다. 흥미롭게도 CaO의 산소발생은 CaO₂ 1/2 수준으로 드러나 분자 구조에서 예상된 같은 site에 1개의 산소가 결합된 CaO가 H₂O₂추가 산화에의해 또 다른 산소가 추가 결합된 것으로서 본 실험에서 수행한 제조법의 적합성을 대변한다고 판단된다.

후속연구

4) ORC 제조 단계에서 에너지 투입에 의한 칼슘 및 탄산기의 분해, 유리 산소와 칼슘의 결합의 가역성, quenching 기술 등이 주요한 조절 변수임을 파악하였으나 메커니즘 확인과 중간 화합물 분석 등 추가 연구가 필요할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	과산화 반응을 적절히 조절 가능한 제조법혁신이 요구되는 이유는?	즉 ORC 는 산소 함유량이 중요하며 또한 방출을 고려한 구조적 특성(분말의 다공성과 표면 구조 등)이 핵심 기술이라 할 수 있다. 산화된 칼슘 등의 정확한 분석이 어렵고 과잉 산소를 포함하는 과산화물의 표준화된 제조법이 정립되어 있지 않아 대개 furnace에서의 과잉열에 의한 산화법을 주로 사용하고 있다(Lyman et al., 1985).
	굴 패각이란?	과산화칼슘의 제조 원료로서 국립경상대학(경남 통영)에서 제공한 분말형태의 굴 패각을 사용하였다. 굴 패각 시료의 높은 탄산칼슘 함량을 감안하여 별도의 전처리 없이 모든 제조실험에 사용하였다.
	오염물질의 분해과정을 개시하고 또 촉진하는 방법은?	토양환경, 호소 및 해양 저질, 지하수 복원 등 자연의 치유과정을 모방하는 환경처리 공정은 산소의 존재에 크게 의존하고 있다. 토착하는 미생물 군집에 적절한 산소를 공급함으로써 본래 미생물에 의한 오염물질의 분해과정을 개시하고 또 촉진할 수 있다. 이러한 목적으로 칼슘 과산화물과 마그네슘 과산화물이 즉석 산소 공급제로 각광받고 있다(Bianchi-Mosquera et al.

참고문헌 (11)

Acton, D. W., Barker, J. F., 1992, In situ biodegradation potential of aromatic hydrocarbons in anaerobic ground waters, J. Contam. Hydrol., 9, 325-352.

상세보기
Adams, W. J., Kimerle, R. A., Barnett, J. W., 1992, Sediment quality and aquatic life assesment, Environ. Sci. Technol., 26, 1864-1875.

상세보기
Aelion, C. M., Bradley, P. M., 1991, Aerobic biodegradation potential of subsurface microor-ganisms from a jet fuel-contaminated aquifer, AEM, 57, 57-63.
Bhang, S. S., Bea, J. H., Jung, W. G., Kim, M. C., Jung, Y. G., 2007, Development of system for separating fixing code for sell having shell pulverizer, Journal of the Korea Society For Power System Engineering, 2007, 167-172.
Bianchi-Mosquera, G. C., Allen-King, R. M., Mackay, D. M., 1994, Enhanced degradation of dissolved Benzene and toluene using a solid oxygen-Releasing compound, ground water monit. remed., 14, 65-154.

상세보기
Chevalier, L. R., McCann, C., 2008, Feasibility of calcium peroxide as an oxygen releasing compound in treatment walls, Int. J. Environ. Waste Manag., 2, 245-256.
Lee, H. S., Park, D. W., Woo, D. S., 2009, A Study on physicochemical and calcination processed characteristic of oyster shell, Journal of academia-industrial technology., 10, 3971-3976
Lyman, W. J., Glazer, A. E., Ong, H., Coons, S. F., 1985, An Overview of sediment-sorbed contaminants tested in the national status & trends program, NOAA technical memorandum, NOAA, Seattle, WA.
PeroxyChem Inc., 2018, http://www.peroxychem.com/chemistries/calcium-peroxide/products/permeox-ultra
Regenesis Inc., 2018, https://regenesis.com/en/treatable-contaminants/
Wang, H., Zhao, Y., LI, T., Chen, Z., Wang, Y., Qin, C., 2016, Properties of calcium peroxide for release of hydrogen peroxide and oxygen: A Kinetics study, Chem. Eng. J., 303, 450-457.

상세보기

저자의 다른 논문 :

LOADING...

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증