본 연구에서는 아스팔트가 가지는 단점을 보완하고자 아스팔트를 비이온 계면활성제(Span 80, Span 60, Tween 80, 및 Tween 60), 음이온 계면활성제(SLS), 및 양이온 계면활성제(Imidazole)를 변량 배합하여 반전유화법으로 아스팔트 에멀젼을 제조하였다. 유화아스팔트의 안정성을 규명하고자 입자크기, 점도, 제타전위, 및 내수성을 고찰하였다. 비이온 계면활성제와 음이온 계면활성제를 혼합 사용할 경우 유화아스팔트의 안정성은 우수하였으며 계면활성제의 양이 증가함에 따라 입자크기는 감소하였고, 반면에 점도와 제타전위 및 내수성은 증가하였다.
몇 가지 양이온 계면활성제(DTAB, TTAB, CTAB, CDEAB 및 CTAC)의 마이셀과 Phenoxide 음이온과의 상호작용을 연구하기 위하여 UV/Vis분광광도법을 이용하였다. Phenoxide 음이온의 용액에 양이온 게면활성제를 녹였을 때 일어나는 흡광도의 변화로부터 Phenoxide 음이온의 가용화상수($K_s$)와 양이온 계면활성제의 임계마이셀농도(CMC)값을 함께 측정하였다. 각 양이온 계면활성제의 수용액에서 Phenoxide 음이온의 가용화상수값($K_s$)은 다음의 순서로 변하였다: $K_s(CTAC)>K_s(CDEAB)>K_s(CTAB)>K_s(TTAB)>K_s(DTAB).$ 또한 Phenoxide 음이온의 가용화에 미치는 염(NaCl 및 NaBr)과 n-알코올(부탄올, 펜탄올 및 헥산올)의 효과에 대하여 조사하였으며, 그 결과 염과 n-알코올의 첨가로 Ks와 CMC값은 크게 감소하는 경향을 보였다. 그리고 온도에 다른 Ks값의 변화로부터 Phenoxide 음이온의 가용화에 대한 표준자유에너지, 엔탈피, 및 엔트로피의 변화를 계산하고 분석하였다.
본 연구에서는 수용액 내에서 생분해도가 우수하고 인체에 mild한 비이온성 계면활성제 GL12와 범용 음이온성 계면활성제인 linear laurylbenzene sulfonate(LAS) 또는 sodium polyoxyethylene(3) glycol lauryl ether sulfate(SLES) 각각 용액의 dynamic surface tension과 이들 계면활성제 혼합용액의 dynamic surface tension이 혼합비에 따라 어떻게 변화되는지 maximum bubble pressure method를 이용하여 조사하였다. 또한 salting-cut 효과가 있는 NaCl, CsCl과 salting-in 효과가 있는 요소를 계면활성제 용액에 첨가하여 이들 염들이 용액의 dynamic surface tension에 미치는 영향에 대하여도 연구하였다. 비이온성 계면활성제인 GL12의 dynamic surface tension은 염의 존재에 영향을 크게 받지 않았으나 음이온성인 SLES와 LAS는 크게 영향을 받았다. 또한 GL12/SLES와 GL12/LAS 혼합계에서도 GL12의 함량이 많을수륵 용액의 dynamic surface tension에 대한 염의 영향이 감소하였으나 LAS 또는 SLES의 함량이 증가할수록 염의 영향은 증가하였다.
본 논문은 탄소 길이에 따른 지방족 알코올과 사코진과 타우린을 이용하여 음이온 계면활성제를 합성하였으며, 합성한 계면활성제들의 구조를 $^1H$ NMR 분석을 통하여 확인하였다. 합성 음이온 계면활성제의 임계미셸농도는 $10^{-2}{\sim}10^{-4}mol/L$이며, 임계미셸농도에서의 표면장력 값은 21~39 mN/m이었다. Ross-Miles 방법에 의하여 탄소 12개일 때의 합성계면활성제가 좋은 기포력과 기포안정성을 갖는 것을 확인하였다. 또한, 사코진을 이용한 계면활성제는 대두유에서 타우린을 이용한 계면활성제는 벤젠에서 유화력이 좋음을 알 수 있었다. 합성한 계면활성제의 물성은 임계미셸농도, 기포력, 유화력을 측정하여 평가하였다.
디젤로 오염된 토양을 효과적으로 정화하기 위해 계면활성제의 종류와 음이온성-비이온성 혼합 계면활성제의 비율에 따른 디젤 제거효율을 살펴보았다. 회분식 실험결과 비이온성 계면활성제의 HLB가 12-13 사이의 값을 갖는 경우 가장 좋은 제거 효능을 보였으며, 사용된 계면활성제 중에서는 Tergitol 15-S-7 (T15S7)이 20 g/L의 농도에서 79-88%의 가장 높은 디젤 제거능을 보였다. 음이온성 계면활성제는 대체로 비이온성 계면활성제에 비해 디젤 제거능력이 떨어졌다. 비이온성과 음이온성 혼합 계면활성제를 사용하였을 경우 디젤의 제거효율은 비이온성 계면활성제의 양에 따라 증가하였으며, T15S7 : SDS가 3 : 1의 비율로 혼합된 10 g/L의 계면활성제가 단일 계면활성제에 비해 상승된 76%의 디젤 제거율을 보였다. 이러한 연구결과는 현장 디젤 오염토양 복원시 적절한 계면활성제 선정의 기준을 제시할 수 있을 것으로 사료된다.
본 연구에서는 CSM 고무를 유화하기 위하여 계면화학적 성질을 이용한 반전유화법과 계면활성제로서 비이온 및 음이온 계면활성제를 혼합 사용하였다. 단독계면활성제를 사용하였을 때에는 에멀젼의 분리가 발생하였고, 비이온 계면활성제 Span 60과 음이온 계면활성제 SLS를 혼합 사용하는 경우에는 상의 분리가 발생하지 않았다. 그러므로 혼합계면활성제를 사용하여 제조한 에멀젼의 droplet size, 전단속도에 따른 점도 및 전단응력과 같은 유변학적 거동을 통하여 에멀젼의 안정성을 규명하였다. 혼합계면활성제의 양에 따라 droplet size는 감소하였고, 이에 점도는 증가하였으며, 전단속도에 따른 점도 및 전단응력 측정결과 각각 non-Newtonian 흐름인 shear thinning 거동과 항복응력 값을 보였다. 이러한 실험결과인 유변학적 거동으로부터 CSM 고무를 유화하기 위해서는 반전유화법과 혼합계면활성제를 사용함으로써 에멀젼의 안정성을 향상시켰음을 확인할 수 있었다.
계면활성제를 이용하여 홀입자에 흡착된 유기오염물질을 탈착시키는 실험을 실시하였다. 용매로는 중성 세제와 음이온성 세제가 사용되었으며 이를 이용하여 흙으로부터 퀴놀린 및 2-나주들을 분리하였다. 음이온성 세제로 퀴놀린은 약 80%, 2-나푸톨은 90% 가량 탈착되었으며, 중성 세제보다 음이온성 세제가 위의 두 오염물질에 대하여는 덜 효과가 좋은 것으로나타났다. 이온이 제거된 물로 두 오염물질에 대한 탈착실험을 행하여 계면활성제의 탈착능을 물과도 비교하여 보았다.
본 연구에서는 천연 유래의 코코넛 오일을 원료로 사용하여 2종류의 아미노산계 음이온 생체계면활성제 포타슘 코코일 글루타메이트(potassium cocoyl glutamate, CTK)와 소듐 코코일 글루타메이트(sodium cocoyl glutamate, CTN)를 합성하였으며, 합성한 계면활성제의 구조를 FT-IR, $^1H-NMR$ 및 $^{13}C-NMR$ 분석을 통하여 규명하였다. 합성한 계면활성제에 대하여 정적 및 동적 표면장력과 유화력 등의 계면 물성을 측정한 결과, CTK와 CTN 모두 계면 활성이 우수하고 계면 에너지를 낮추는데 효과적임을 알 수 있었다. 특히, CTK 계면활성제가 CTN 계면활성제와 비교하여 계면 에너지를 낮추는데 보다 효과적이었는데 이는 CTK가 소수성이 더 크고 계면활성제 단분자가 벌크 용액으로부터 공기와 수용액의 계면으로 이동하는 속도가 빨라서 공기와 수용액의 계면이 계면활성제 단분자에 의하여 더 짧은 시간에 포화되기 때문임을 알 수 있었으며, 생활용품이나 화장품 제조에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 양극 산화를 통해 얻어지는 다공성 니오븀 산화물 제조에 양이온 계면활성제인 Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide (CTAB)와 음이온 계면활성제인 Sodium Dodecyl Sulfate (SDS)의 영향을 비교 관찰하였다. SDS가 전해질에 첨가되어 제조된 다공성 니오븀 산화 막은 표면에 장시간 용출이 발생하지 않았고, 계면활성제가 첨가되지 않고 제조된 다공성 니오븀 산화막의 두께와 비교 하였을 때 두께가 두 배 이상 증가된 값을 얻을 수 있었다. 하지만 CTAB가 전해질에 첨가되어 제조된 다공성 니오븀 산화물의 표면에는 용출이 일어났다. 이러한 차이점을 양성으로 대전된 니오븀산화물과 음이온/또는 양이온 계면활성제 사이의 상호작용에 근거하여 설명하였다.
국내의 대표적인 지하수 오염물질인 trichloroethylene(TCE)을 반응벽체의 일종인 영가철을 이용하여 처리할 때 계면활성제가 미치는 영향을 다양한 계면활성제를 이용하여 조사하였다. 비이온성 계면활성제와 음이온성 계면활성제는 TCE의 탈염소화 반응속도는 감소시켰으나 양이온성 계면활성제는 임계미셀농도 (CMC) 미만에서는 반응속도를 증가시켰으나, CMC 이상의 농도에서는 반응속도를 감소시켰다. 양이온성 계면활성제는 TCE의 철 표면 흡착을 증가시켜, 철 표면에서 일어나는 TCE의 탈염소화 반응속도를 증가시키는 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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