[논문]감귤박을 이용한 활성탄 제조에 관한 연구

강경호; 김종우; 감상규; 이민규

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강경호 (제주대학교 토목환경공학) , 김종우 (한라그린텍) , 감상규 (제주대학교 토목환경공학) , 이민규 (부경대학교 응용 화학공학부)

본 연구에서는 농업폐기물인 감귤박의 효율적인 재활용 방안으로 고부가가치 제품인 활성탄을 제조하여 이용하는 가능성에 대하여 조사한 결과, 감귤박 폐액으로부터 건조한 시료의 조성은 대부분이 탄수화물로 구성되어 있으며, 또한 이는 미생물, 농약 및 중금속에 오염되지 않은 순수한 천연 재료로 구성되어 있음을 알 수 있었다. 또한 탄화공정 및 활성화공정을 통해 제조된 활성탄의 요오드 흡착능이 KS 규격 중 1급(활성탄 1,100 mg/g 이상)보다 높은 값으로 나타나 공업용 활성탄으로의 활용이 가능할 것으로 사료된다.

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문제 정의

본 연구에서는 최근 갈수록 다량 폐기되고 있는 감귤박의 환경오염을 방지하고 이의 특성을 이용하여 효율적인 재활용 방안으로 산업 및 농축산업에서 다량으로 사용되고 있는 고부가가치 제품인 활성탄을 제조하여 이용하는 가능성에 대하여 조사하였다.

제안 방법

의해 수행하였다. 탄화공정에서는 전처리 되어진 감귤박 시료를 이용하여 다양한 탄화온도 및 탄화시간 등의 탄화공정을 통해 탄화시료를 제조하였고, 활성화공정에서는 탄화공정에서 탄화온도 및 탄화시간에 대한 요오드 흡착능의 결과를 토대로 시료를 선정하여 NaOH, ZnCl2, KOH 등의 활성화제를 첨가하여 활성탄시료를 제조하였다. 또한 활성화 공정에서 제조된 시료의 표면 공극의 분포와 형태를 파악하기 위해 SEM(Scanning Electron Microscope, Hitachi S~2460N)을 이용하여 20 KV, 1,000배의 배율에서 관찰하였다.
탄화공정에서는 전처리 되어진 감귤박 시료를 이용하여 다양한 탄화온도 및 탄화시간 등의 탄화공정을 통해 탄화시료를 제조하였고, 활성화공정에서는 탄화공정에서 탄화온도 및 탄화시간에 대한 요오드 흡착능의 결과를 토대로 시료를 선정하여 NaOH, ZnCl2, KOH 등의 활성화제를 첨가하여 활성탄시료를 제조하였다. 또한 활성화 공정에서 제조된 시료의 표면 공극의 분포와 형태를 파악하기 위해 SEM(Scanning Electron Microscope, Hitachi S~2460N)을 이용하여 20 KV, 1,000배의 배율에서 관찰하였다.
탄화공정에서는 전처리 되어진 감귤박 시료를 이용하여 200~ 700 ℃의 탄화온도 영역에서 탄화시간을 0.5, 1, 1.5 시간으로 변화를 주어 실험을 수행하였는데, Fig. 1은 탄화온도 및 탄화시간에 따른 요오드 흡착능을 나타낸 것이다. 결과에서 보듯이, 탄화시간별로 300~40 0℃ 범위에서 높은 요오드 흡착능을 보였고, 최대 요오드 흡착능은 탄화온도 300℃, 탄화시간 1.

대상 데이터

본 연구에서 사용된 감귤박 시료는 제주도지방개발공사 저〕1감귤복합 처리가공 공장에서 부산물로 발생되어 해양으로 투기되는 액상 감귤박을 사용하였으며, 전처리 과정으로 약 200 L의 액상 폐기물을 -2CTC의 냉동고에서 24시간, 진공 동결건조기(PVTFD200A, 일신랩) 에서 72시간 처리하여 수분을 완전히 제거한 후 10-35 mesh 크기로 분쇄하여 이를 활성탄 제조의 시료로 사용하였다.

이론/모형

전처리한 감귤박의 조성 및 오염물질 여부는 식품공전일반시험법(식품의약품안전성, 2005)에 의해 수행하였다. 탄화공정에서는 전처리 되어진 감귤박 시료를 이용하여 다양한 탄화온도 및 탄화시간 등의 탄화공정을 통해 탄화시료를 제조하였고, 활성화공정에서는 탄화공정에서 탄화온도 및 탄화시간에 대한 요오드 흡착능의 결과를 토대로 시료를 선정하여 NaOH, ZnCl2, KOH 등의 활성화제를 첨가하여 활성탄시료를 제조하였다.

성능/효과

본 연구개발에 사용된 감귤박의 조성 및 오염물질의 여부는 식품공전일반시험법에 의해 분석하였는데, 감귤박의 조성은 대부분이 탄수화물(70.3%)로 구성되어 있고, 그 다음으로 수분(1L2%), 조단백질(10.0%), 회분(49%), 조지방(3.6%)의 순으로 함량이 감소함을 알 수 있었다. 감귤박의 오염여부를 분석한 결과, 미생물(황색포도상구균, 장염비브리오, 살모넬라, 대장균), 농약(EPN 등 117종) 및 중금속(Pb, Cd, Sn)은 음성 또는 불검출이었다.
6%)의 순으로 함량이 감소함을 알 수 있었다. 감귤박의 오염여부를 분석한 결과, 미생물(황색포도상구균, 장염비브리오, 살모넬라, 대장균), 농약(EPN 등 117종) 및 중금속(Pb, Cd, Sn)은 음성 또는 불검출이었다.
1은 탄화온도 및 탄화시간에 따른 요오드 흡착능을 나타낸 것이다. 결과에서 보듯이, 탄화시간별로 300~40 0℃ 범위에서 높은 요오드 흡착능을 보였고, 최대 요오드 흡착능은 탄화온도 300℃, 탄화시간 1.5 hr에서 648 mg/g으로 나타났다.
본 연구에서는 농업폐기물인 감귤박의 효율적인 재활용 방안으로 고부가가치 제품인 활성탄을 제조하여 이용하는 가능성에 대하여 조사한 결과, 감귤박 폐액으로부터 건조한 시료의 조성은 대부분이 탄수화물로 구성되어 있으며, 또한 이는 미생물, 농약 및 중금속에 오염되지 않은 순수한 천연 재료로 구성되어 있음을 알 수 있었다 또한 탄화공정 및 활성화 공정을 통해 제조된 활성탄의 요오드 흡착능이 KS 규격 중 1급(활성탄 1, 100 mg/g 이상) 보다 높은 값으로 나타나 공업용 활성탄으로의 활용이 가능할 것으로 사료된다.

후속연구

인한 환경오염이 우려되고 있는 실정이다. 그러나 감귤박의 특성을 이용하여 재활용을 통해 산업적으로 다양하게 활용되고 있는 고부가제품인 활성탄으로 만들 수 있다면 폐기되는 감귤박(또는 감귤박 폐액)으로부터 환경오염도 방지하고 농업경제에 크게 기여할 것이라고 사료된다.

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