[논문]친환경 활성탄 복합시트의 유해물질 저감 연구

최일홍; 강상식; 이수민; 양승우; 김교태; 박지군

doi:10.7742/jksr.2018.12.5.615

친환경 활성탄 복합시트의 유해물질 저감 연구
The Study on Reduction of Hazardous Materials using Eco-friendly Charcoal Composite Sheet 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.12 no.5, 2018년, pp.615 - 621

최일홍 (한국국제대학교 방사선융합기술연구소) , 강상식 (한국국제대학교 방사선융합기술연구소) , 이수민 (한국국제대학교 방사선학과) , 양승우 (한국국제대학교 방사선학과) , 김교태 (인제대학교 소프트웨어교육원) , 박지군 (한국국제대학교 방사선융합기술연구소)

초록
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최근 웰빙이라는 자연친화적인 건강한 삶을 핵심 가치로 추구하면서 실내 공기질의 개선을 위한 다양한 친환경 제품이 개발되고 있다. 본 연구에서는 기존 친환경 도료의 문제점을 해결할 뿐만 아니라 천연방사성 물질인 라돈 저감이 가능한 활성탄 복합 시트를 개발하고 라돈, HCHO, VOCs에 대한 저감 효과를 평가하였다. 활성탄 복합 시트는 규산나트륨 에멀젼과 활성탄을 혼합하여 활성탄 액상 도료를 제조하고 에어스프레이 공법을 통하여 복합 시트로 제작하였다. 제작된 활성탄 복합 시트에 대한 유해물질 저감 성능을 분석하기 위해 라돈은 환경부 고시, HCHO 및 VOCs는 KCL-FIR-1085 기준에 부합하도록 설계하였다. 실험결과, 제작된 활성탄 복합 시트는 20시간에서 약 90.8%의 라돈 저감 효율을 가지는 것으로 평가되었고, HCHO 및 VOCs는 3시간에서 각 96.7%, 96.6%의 저감 효율이 나타났다. 이러한 결과는 실내 공기 질 개선을 위한 제품 개발 시 기초 자료로서 활용할 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, various environmentally friendly products have been developed for improving the indoor air quality while pursuing a well-being nature-friendly healthy life as a core value. In this research, we not only solve the problems of existing environmentally friendly paints, but also developed a charcoal composite seats that can reduce radon, which is a natural radioactive substance, and evaluated the reduction effect of radon, formaldehyde and volatile organic compounds. In the charcoal composite seats, a sodium silicate emulsion and charcoal were mixed to prepare an charcoal liquid coating material, and the composite seats was fabricated by air-spray coating method. In order to analyze the hazardous substance reduction performance of the fabricated charcoal composite seats, radon was designed to comply with the Ministry of the Environment standard, formaldehyde and volatile organic compounds were designed to comply with KCL-FIR-1085 standard. As a result of the experiment, the fabricated charcoal composite seats was evaluated as having a radon reduction capability of about 90.8% from 20 hours, formaldehyde and volatile organic compounds were 3 hours, and the reduction capability of 96.7% and 96.6% was found respectively. It is considered that these results can be utilized as basic data at the time of product development for improvement of indoor air quality.

주제어

표/그림 (5)

그림 Fig. 1. Fabrication process of charcoal composite seat susing air-spray method.
그림 Fig. 2. Geometrical setup of measurement module for radon reduction capability assessment
그림 Fig. 3. Fabricated specimen for (left) radon and (right) HCHO/VOCs for reduction capability assessment.
그림 Fig. 4. Measured radon concentration as a function of measurement time.
그림 Fig. 5. Measured concentration as a function of measurement time.

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 기존 문제점을 해결하기 위하여 규산나트륨 에멀젼과 활성탄을 혼합함으로서 활성탄 액상 도료를 제조하였으며 에어스프레이 공법을 통하여 복합 시트로서 제작하였다. 이는 압축된 공기를 제어함으로서 방출되는 도료의 양을 쉽게 조절할 수 있으며 균일한 도막을 형성할 수 있다.
본 연구에서는 기존의 문제점을 해결할 뿐만 아니라 라돈 저감이 가능한 활성탄 복합 시트를 개발하고 라돈, HCHO, VOCs에 대한 저감 성능을 평가하였다. 그결과 라돈 저감 능력은 약 90.
본 연구에서는 분말 상태의 활성탄을 에어스프레이 공법으로 제작하기 위하여 탄산칼슘과 규산 나트륨으로 구성된 에멀젼 소재와 혼합하여 활성탄 액상 도료를 제조하였다. 이때, 활성탄 분말과 에멀젼 소재는 2:1로 혼합하였으며 25℃ 에서 20분 동안 교반기 (Homogenizer HG-15A, DAIHAN Scientific Co.
그러므로 라돈을 저감할 수 있으면서도 오염 물질을 방출하지 않는 친환경 기술에 대한 개발이 필요하다. 이에 본 연구에서는 기존 친환경 도료의 문제점을 해결할 뿐만 아니라 천연방사성 물질인 라돈 저감이 가능한 활성탄 복합 시트를 개발하고 오염물질 저감효과에 대한 성능을 평가하였다.

제안 방법

67 pCi·L-1·h-1, Betterlife 社, Korea)를 위치시켰다. 또한, 2nd 아크릴 챔버와 3rd 아크릴 챔버에 라돈 검출기를 위치시키고 아크릴 챔버 사이에 시료 거치대 (Specimen holder)를 설치하였다. 이후, 제작된 활성탄 복합 시트의 통과 전/후에 대한 라돈 농도를 측정함으로써 저감 성능을 평가하였다.
)를 이용하여 밀폐된 모의 환경을 구현하였다. 또한, 아크릴 챔버 내에 오염물질 검출기 및 시료 거치대를 설치하고 제작된 활성탄 복합 시트의 유무에 따라 오염물질 농도를 측정함으로서 저감 성능을 평가하였다.
라돈 저감 성능을 평가하기 위해 자체 제작된 아크릴 챔버 (40 × 40 × 40cm3)를 이용하여 밀폐된 모의 환경을 구현하였다.
본 연구에서는 1st 아크릴 챔버에 24시간 라돈을 집적시킨 후, 에어 펌프를 통해 밀폐된 2nd 아크릴 챔버에 20pCi/L로 초기 라돈 농도를 형성하였다. 이후, 성형된 활성탄 복합 시트를 시편 거치대에 위치시키고 2nd 아크릴 챔버에서 3rd 아크릴 챔버로 라돈을 유입시키면서 20시간 동안 1시간 단위로 농도를 측정하였다.
본 연구에서는 제작된 사각형 시편을 시료 거치 대에 위치시키고 180분 동안 20분 단위로 오염물질에 대한 농도를 측정함으로서 오염물질 저감 성능에 대한 평가를 수행하였다. Fig.
본 연구에서는 제작된 원형 시편을 설치하고 20시간 동안 1시간 단위로 라돈에 대한 농도를 측정함으로서 라돈 저감 성능에 대한 평가를 수행하였다. Fig.
본 연구에서는 제조된 활성탄 복합 시트를 시료 거치대에 위치시키고 오염물질을 주입하였다. 이후, 180분 동안 20분 단위로 오염물질 농도를 측정하였다.
오염물질에 대한 저감 성능을 평가하기 위하여 자체 제작된 아크릴 챔버 (40 × 40 × 40cm3)를 이용하여 밀폐된 모의 환경을 구현하였다.
이후, 180분 동안 20분 단위로 오염물질 농도를 측정하였다. 이렇게 측정된 오염물질 농도를 바탕으로 저감 성능의 산출은 다음의 수식으로 도출하였다.
본 연구에서는 1st 아크릴 챔버에 24시간 라돈을 집적시킨 후, 에어 펌프를 통해 밀폐된 2nd 아크릴 챔버에 20pCi/L로 초기 라돈 농도를 형성하였다. 이후, 성형된 활성탄 복합 시트를 시편 거치대에 위치시키고 2nd 아크릴 챔버에서 3rd 아크릴 챔버로 라돈을 유입시키면서 20시간 동안 1시간 단위로 농도를 측정하였다. 이때, 유량은 에어 펌프와 유량계를 이용하여 200cc/min를 유지하였다.
또한, 2nd 아크릴 챔버와 3rd 아크릴 챔버에 라돈 검출기를 위치시키고 아크릴 챔버 사이에 시료 거치대 (Specimen holder)를 설치하였다. 이후, 제작된 활성탄 복합 시트의 통과 전/후에 대한 라돈 농도를 측정함으로써 저감 성능을 평가하였다. 이때, 밀폐된 아크릴 챔버 간에 공기 순환을 발생시키기 위하여 에어 펌프 및 유량계 (RMA-14-SSV, Dwyer Instruments Inc.
일정한 초기 라돈 농도를 형성시키기 위하여 1st 아크릴 챔버에 라돈 소스 (1.67 pCi·L-1·h-1, Betterlife 社, Korea)를 위치시켰다.

대상 데이터

본 연구에서는 라돈 저감 효율을 평가하기 위하여 직경 85mm, 두께 2mm의 원형 시편을 제작하였고, 오염물질 저감 효율을 평가하기 위해 면적 100 × 200mm2, 두께2mm의 사각형 시편을 제작하였다.

이론/모형

1. Fabrication process of charcoal composite seats using air-spray method.
본 연구에서는 라돈 저감 성능을 평가하기 위해 라돈 검출기 (FRD-400, FTlab Co., Korea)을 이용하였으며, 실험 환경은 환경부 고시 제2017-11호 실내 공기 질 공정시험기준에 부합하도록 설계하였다. FRD-400는 10pCi/L에서 정밀도는 ±8% 이내, 정확도는 ±10%이내로 제공되며 최소오차는 ±0.
본 연구에서는 오염물질에 대한 저감 성능을 평가하기 위해 오염물질 검출기 (LB-S06, 嵐宝德源社, China)을 이용하였으며, 실험 환경은 KCL-FIR-1085 기준에 부합하도록 설계하였다.

성능/효과

6%로 분석되었다. Fig. 5의 without에 대한 그래프가 R-sq 0.99 이상의 선형함수에 대한 추세를 따르므로 본 실험을 위해 오염물질 주입의 제어가 안정적으로 이루어졌음을 확인할 수 있다. 또한, 기존 친환경 도료의 한계점 중 하나로 제시된 오염물질 방출을 해결했을 뿐만 아니라 저감 능력을 가진다는 것을 정량적으로 검증하였다.
HCHO 농도 측정 결과, 시편을 위치시키지 않았을 경우 ‘R-sq = 0.9966’을 따르는 ‘Y = 0.473 X + 5.7273’의 선형함수 추세를 따르는 것으로 나타났다.
그러므로 3rd 아크릴 챔버 내의 라돈 농도가 감소하는 원인은 라돈의 유입량에 대비하여 제작된 활성탄 복합 시트의 저감 능력이 우수하기 때문으로 사료된다. HCHO 저감 능력은 약 96.7%, VOCs 저감 능력은 96.6%로 분석되었다. Fig.
본 연구에서는 기존의 문제점을 해결할 뿐만 아니라 라돈 저감이 가능한 활성탄 복합 시트를 개발하고 라돈, HCHO, VOCs에 대한 저감 성능을 평가하였다. 그결과 라돈 저감 능력은 약 90.8%로 분석되었다. 하지만, 회귀분석에 대한 신뢰도를 표현하는 R-sq이 공학적 관점에서 낮은 값으로 분석되었다.
이는 HCHO 관리 기준 100µg/m³를 근거로 7% 이내로 저감할 수 있는 것으로 분석하였다. 또한, 180분에서 측정된 농도를 기준으로 HCHO 저감 능력을 산출한 결과 약 96.7% 분석되었다. VOCs 농도 측정 결과, 시편을 위치시키지 않았을 경우 ‘R-sq = 0.
이는 환경부에서 제시된 VOCs 관리 기준 500µg/m³를 근거로 약 7% 이내로 저감할 수 있는 것으로 분석하였다. 또한, 180분에서 측정된 농도를 기준으로 VOCs 저감 능력을 산출한 결과 약 96.6% 분석되었다.
99 이상의 선형함수에 대한 추세를 따르므로 본 실험을 위해 오염물질 주입의 제어가 안정적으로 이루어졌음을 확인할 수 있다. 또한, 기존 친환경 도료의 한계점 중 하나로 제시된 오염물질 방출을 해결했을 뿐만 아니라 저감 능력을 가진다는 것을 정량적으로 검증하였다.
0946’의 다항함수 추세를 따르는 것으로 나타났다. 이러한 측정 결과를 바탕으로 20시간을 기준으로 라돈 저감 능력은 약 90.8%로 분석되었다.

후속연구

하지만, 본 연구에서는 실내 공기 질에 중요한 요소이지만 정량적인 측정이 어려운 물질인 악취에 대한 평가는 배제되었다. 그러므로 차후 연구에서는 기기분석법 중 반도체 센서 (바이오 센서)를 통하여 악취에 대한 정량적인 평가가 수행되어야 할 것으로 사료된다.
하지만, 라돈에 대한 위험성이 대두되고 있지만 아직까지 HCHO, VOCs에 대한 연구가 주를 이루고 있으며 라돈 저감에 대한 연구는 미흡한 실정이다. 이에 본 연구 결과는 활성탄이 가지는 미세기공에 의해 오염물질을 흡착함으로서 실내 공기 질을 개선하기 위한 제품 개발 시 기초 자료로 활용할 수 있을 것으로 사료되며 궁극적으로 국민 건강에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다. 하지만, 본 연구에서는 실내 공기 질에 중요한 요소이지만 정량적인 측정이 어려운 물질인 악취에 대한 평가는 배제되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	라돈의 개념과 신체에 미치는 영향은?	이러한 ‘실내 공기 질 관리법’에서 규정하는 오염물질은 다양하지만, 최근 라돈에 대한 관심이 세계적으로 대두되고 있으며 관리를 위한 법제화가 이루어지고 있다. 라돈은 핵변환을 통하여 α선을 방출하는 천연방사성 가스로서 호흡을 통해 폐로 유입되어 폐암을 유발하는 것으로 알려져 있다. 국제 암 연구기관에서는 폐암 발생의 약 14% 가 라돈에 의해 발생하는 것으로 보고하고 있으며 이를 근거로 1급 발암물질로서 규정하고 있다.
	천연물 소재인 활성탄을 이용한 친환경 제품에 대한 연구의 한계점은?	이러한 문제점을 해결하기 위해 최근 천연물 소재인 활성탄을 이용한 친환경 제품에 대한 연구가 활발히 수행되고 있다.[3-5] 하지만 기존의 친환경 도료 기술은 악취 발생과 더불어 포름알데히드 (HCHO; formaldehyde) 및 휘발성 유기화합물 (VOCs; Volatile Organic compounds)와 같은 오염물질을 방출하는 등의 한계점이 여전히 존재하며 사용 시 도료가 묻어나는 현상이 나타나고 있다. 그러므로 라돈을 저감할 수 있으면서도 오염 물질을 방출하지 않는 친환경 기술에 대한 개발이 필요하다.
	현대인들은 생활공간의 적정한 환경을 효율적으로 유지하기 위해 무엇을 하는가?	최근 현대인들은 생활공간의 적정한 환경을 효율적으로 유지하기 위해 건축물의 밀폐화가 점차 이루어지고 있다. 이러한 건축 양식은 다양한 오염원을 생활공간에 장기간 체류하게 하며 궁극적으로 인체에 유해한 영향을 미치게 한다.

참고문헌 (10)

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D. W. Cha, S. Y. Cho and S. H. Kim, "Radon reduction efficiency of the air cleaner equipped with a Korea carbon filter," Journal of Odor and Indoor Environment, Vol. 16, No. 4, pp. 364-368, 2017.

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I. H. Choi, S. S. Kang, J. H. Jun, S. W. Yang and J. K. Park, "A Study of Radon Reduction using Panel-type Activated Carbon," Journal of Korean Society of Radiology, Vol. 11, No. 5, pp. 297-302. 2017.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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