본 연구에서는 도시 쓰레기 소각재 슬래그에 알칼리 활성화제로서 NaOH를 첨가하여 지오폴리머를 합성하고 그 물성을 평가하였다. 특히 NaOH의 몰농도, 원료의 입도 그리고 액체/고체 비율이 제조된 지오폴리머의 압축강도에 미치는 영향을 조사하였다. 원료의 입도가 미세할수록 합성된 지오폴리머의 강도는 증가하였으며, 액체/고체 비율의 최적 값은 0.13으로 나타났다. 합성된 지오폴리머의 압축강도는 첨가된 NaOH의 몰농도가 증가함에 따라 함께 증가하는 경향을 나타내었으나, 20 M 이상의 농도에서는 일정 값에 수렴하였다. 20 M 이상의 NaOH 농도로 제조된 지오폴리머에는 sodium aluminum silicate 및 sodium aluminum silicate hydrate 형태의 2종류 zeolite 결정상이 생성되었다. 20 M NaOH 및 $70^{\circ}C$ 양생조건으로 제조된 시편에서 가장 높은 압축강도, 163 MPa이 발현되었으며, 이것은 고농도의 NaOH가 지오폴리머 반응 및 치밀한 미세구조 형성을 촉진시켰기 때문인 것으로 사료된다. 본 연구에서 제조된 고강도의 지오폴리머는 향후, 도시쓰레기 소각재 슬래그의 재활용율 제고는 물론 시멘트 대체 분야 발전에 일조할 것으로 기대된다.
가정용 폐건전지의 재활용 상용화를 위하여 물리적 처리방안에 대한 재활용 기술을 확립하기 위한 형상선별, 파쇄, 자력선별, 입도분리 그리고 와전류 정전선별을 통한 물리적 처리연구를 수행하였다. 그 결과 형상선별기를 이용하여 폐망간전지를 형상별 중량별로 시간당 $400{\sim}600$개의 속도로 분리하는 기술을 확립하였다. 파쇄, 자력선별 그리고 입도분리를 통해 망간, 아연, 철의 함량을 조사해본 결과, 자성체에는 망간과 아연 둥의 불순물 함량이 각각 0.1%이하였으며 99%이상이 Fe임을 알 수 있었다. 또한 비자성체의 경우에는 폐망간전지 종류에 따라 Zn이 $22{\sim}30%$, Mn이 $16{\sim}22%$ 그리고 Fe는 $1{\sim}3%$정도였고 기타 탄소봉과 플라스틱, 종이 등이 대략 $37{\sim}50%$정도였다. 와류 정전선별기로 Zn 판상을 회수한 결과, 최적실험 조건인 선속 $2,250m/min{\sim}2,750m/min$ 사이에서 96%이상의 회수가 이루어졌다.
옥수수기름의 제조공정 단계별 공정유 및 이 과정에서 발생되는 부산물에 함유되어 있는 B(a)P 함량을 측정하고 이의 제거방안에 대하여 연구하였다. 옥수수기름에서 높은 수준의 B(a)P가 검출되는 원인은 옥수수에 함유되어 있는 B(a)P의 80% 이상이 옥수수 배아에 집중적으로 분포하는데 따른 현상이었다. 이로부터 얻어진 원유를 일반적인 정제공정을 거칠 경우 최종 탈취유에서는 $2.15{\mu}g$/kg가 검출 되었다. 따라서, 옥수수기름에서 일반적인 정제공정에 의해서는 현행 우리나라의 식용유 중 B(a)P 함유량 $2.0{\mu}g$/kg 이하의 법적 규격을 충족시키기 어려움을 쉽게 알 수 있었다. 이에 탈색공정에서 사용하는 2%(w/w) 내외의 산성백토 대신 산성백토:활성탄소=90:10(w/w)의 혼합분을 처리하여 $0.09{\mu}g$/kg 수준의 탈취유를 얻을 수 있었다. 이 때, 활성탄소의 처리량은 산성백토 대비 10% (w/w) 수준이 적정하였으며, 이의 증가에 따른 B(a)P 제거율 증가는 기대하기 어려웠다. 처리하는 활성탄소의 입도가 B(a)P 제거에 미치는 영향이 컸는데, $50{\sim}100$ mesh 수준의 입도를 갖는 것이 최적의 조건임을 확인하였다.
흙의 다짐시험(試驗)에서 다짐층수(層數), 래머의 낙하회수(落下回數) 및 낙하고(落下高)를 변화(變化)시켜 다짐방법(方法)을 달리했을때 다짐효과(效果)에 미치는 영향(影響)을 조사하기 위하여 시험(試驗)한 결과(結果)를 요약(要約)하면 다음과 같다. 1. 다짐시험용(試驗用) 몰드의 치수가 작으면 시료(試料)의 최대경(最大徑)의 영향을 받는다. 2. 입도배합(粒度配合)이 양호(良好)한 흙일수록 다짐효과(效果)가 좋았으며 가장 좋은 다짐효과(效果)를 나타내는 No 200체 통과분의 최적함유량은 조립토함유량(粗粒土含有量)에 따라 다르나 대략(大略) 30~40%이었다. 3. 다짐에너지를 일정(一定)하게 고정했을때 다짐에너지를 가하는 방법(方法)이 다짐효과(效果)에 미치는 영향(影響)은 최대건조밀도(最大乾燥密度)의 차이가 A 시료(試料)에서는 1.3% B 시료(試料)에서는 3.1 % C 시료(試料)에서는 2.2%로 나타났다. 4. 다짐에너지를 증가시키면 다짐효과(效果)는 증대되나 다짐에너지가 어느 한계 (A시료(試料) : $5.96kg.cm/cm^3$)를 초과하면 그의 효과(效果)는 완만하게 나타났다. 5. 가장 이상적(理想的)인 다짐 효과(效果)를 나타내기 위한 다짐에너지의 증가방법(增加方法)은 흙의 토성(土性) 및 구성(構成), 입도분포(粒度分布)에 따라 다르며 A 시료(試料)에서는 낙하고, B시료(試料)는 다짐층수, C 시료(試料)는 낙하횟수를 증가시키는 것이 다짐효과(效果)가 좋았다.
선택분쇄 및 분급 기술에 의한 영동지역에 산출하는 일라이트에 대한 정제연구를 수행하였다. 원광의 주 구성광물은 석영과 일라이트이며, 황철석과 섬아연석, 황동석 등과 같은 황화광물들이 소량 수반된다. 습식 해쇄 후 체가름 결과, 미립자로 갈수록 Al₂O₃, K₂O 함량 및 강열감량은 높아지며, SiO₂ 함량은 낮아졌으며, Fe₂O₃의 함량은 굵은 입자가 다소 낮았으나 입도에 관계없이 비교적 균일하게 나타났다. 단체분리를 위한 충격식 분쇄기의 분쇄매체의 선속도가 증가함에 따라 미립자 생성율은 증가되었으며, 분급과정에서의 미립자 회수율 역시 증가되었다. 분쇄매체의 선속도를 57.6 m/sec로 조절하여 선택분쇄 후 최적의 조건으로 분급하면 정제산물을 76.16 wt% 정도 생산할 수 있었다. 정제산물의 화학조성은 SiO₂70.13%, Al₂O₃ 19.40%, Fe₂O₃ 1.62%, K₂O 5.20%, Ig.loss 2.77%이었다. 본 연구에서 사용한 정제공정은 비금속 광물의 정제와 입도조절 공정을 동시에 행할 수 있는 유용한 기술임을 알 수 있었다.
1960년대 이후 국내의 경제성장은 비약적인 발전을 해왔으나, 이로인해 교통량의 급증 및 생활환경오염문제가 크게 급증하고 있는 실정이다. 특히, 급속한 경제성장은 대규모 도로건설 및 물류에필요한 차량의 대형화 및 고속화를 유도하였으나, 이로인해 발생하는 대기오염 및 자동차의 소음, 진동은 사회적 문제로 대두되고 있는 실정이다. 도심도로의 경우 측정한 차량소음의 57% 이상이 환경기준을 초과하는 것으로 나타났다. 이러한 문제를 해결하기 위해 저소음 도로포장에 대한 사회적 관심이 커지고 있는 실정이다. 저소음 포장은 기본적으로 배수성포장과 같은 형식을 이용하며, 단지 기능적인 측면에서 소음저감효과부분이 강조된 것이다. 최근 국내에 저소음 포장 기술이 도입되고 있고, 이를 국내 실정에 맞는 기술로 변환하는 것이 시급한 실정이다. 이에 본 연구에서는 국내에 적합한 저소음 도로포장 연구중 저소음포장체를 구성하는 골재입도, 아스팔트 혼합물의 기본적인 역학적 특성을 평가하였다. 평가항목은 마샬안정도, 회복탄성계수, 간접인장강도 및 소성변형특성평가를 위한 선회다짐곡선 활용등이 포함되고, 실험을 통해 복층구조의 저소음 포장체를 구현하기 위한 기본자료를 정리하여 제시하였다. 복층형 구조의 저소음 아스팔트 포장체 구성을 위한 아스팔트혼합물의 역학시험결과 기본적인 구조성능은 충분히 만족시킴을 알 수 있었다.
석탄 화력 발전소에서 발생하는 석탄회는 년간 약 300만톤이며 대부분 매립하여 발전소 주변 환경오염, 민원발생, 회처리장 부족 등의 문제점이 있다. 석탄회를 콘크리느의 혼화재로 사용하며 강도 증가, 부식방지, 비용절감 등의 큰 이점을 갖고 있다. 그러나 석탄회에 함유된 미연탄소분은 콘크리트의 강도를 저하시켜 석탄회 재활용에 어려움이 있다. 본 연구는 석탄회 재활용을 위해 석탄회 내의 미연탄소분을 분리하는 마찰대전 정전분리장치에 관한 것이다. 석탄회를 구리 표면에 마찰시키면, 미연탄소분과 석탄회 성분의 작용함수가 구리 표면의 작용함수와 차이를 가지므로 미연탄소분과 석탄회는 각각 양극과 음극으로 대전되며, 대전된 미연탄소분과 석탄회를 외부 전기장에 통과시켜 분리하는 것이다. 마찰대전 정전분리장치는 석탄회를 공급하는 스크류 피더, 마찰 대전기, 수직형 구리판, 전원 공급 장치, 유량계, 그리고 모터 팬으로 구성되어 진다. 분리 효율과 석탄회 회수율에 미치는 중요한 인자는 마찰 대전 구조, 전계 강도, 석탄회 입도 크기이었다. 최적 분리 조건은 입도 크기 125$mu\;extrm{m}$ 이하, 전계 강도 200kV/m이었으며, 미연탄소함량이 7%인 원시료에서 미연탄소함량이 3%이하인 정제 석탄회를 80%이상 회수하였다.
효율적인 wet-end시스템의 적용으로 중성 초지시스템의 이점을 최대한 구현하고 이에 따른 초지계의 안정성 및 원가절감 등을 얻기 위해서는 중성 초지 시스템에서 사용되는 사 이즈제 및 사이징 공정에 대한 연구가 매우 중요하다. 현재 중성 사이즈제로는 AKD와 A ASA가 가장 널리 사용되고 있는데, 유럽에서는 주로 AKD가 쓰이고 있으며, 미국에서는 A ASA가 50%정도 사용되고 있다 .. AKD에 비해서 ASA는 사이즈도의 발현이 매우 빨라 사이 즈 프레스에서 사이즈도가 발현되므로 사이즈 프레스에서의 픽엽 조절 및 지절감소에 유리 한 장점을 가지고 있다. 하지만 ASA는 AKD에 비해 반웅성 높아 습부에서의 가수분해되어 초지 조업성을 악화시키는 문제점을 지니고 있다. 이러한 문제를 극복하기 위해서는 ASA 유화액의 정착성을 개선시키기 위한 연구가 시급히 요청되고 있으며 여기에는 ASA의 유화 에 사용되는 양성전분의 최적화가 가장 핵심적인 기술로 평가된다. 현재 ASA용 유화제로는 양성전분이 가장 많이 사용되고 있다. ASA 에멀션 제조에 있 어서 양성전분의 역할은 음전하를 가지고 있는 ASA 입자에 홉착되여 양전하를 부여함으로 써 콜로이드 업자의 안정성을 부여할 뿐만 아니라 섬유와의 정전기적 인력을 유도하여 정착 을 증진시키는 효과를 나타낸다. ASA 유화용으로 쓰이는 양성전분 중에서는 감자전분이 가 장 효과적인 것으로 알려져 있으며 옥수수나 타피오카 둥도 쓰이고 있다. 그러나 국내의 경 우 감자전분은 옥수수전분보다 가격이 비싸다는 단점이 있으므로 저렴한 옥수수 전분을 이 용하여 ASA 유화용 변성전분의 개발이 국내 제지산업의 경쟁력 강화를 위해 시급히 요망 되고 있다. 본 연구의 목표는 옥수수 전분을 이용한 ASA용 유화안정제를 개발하고 그 효과를 극대 화시킬 수 있는 적용기술을 확립하는데 있다. 옥수수전분을 이용한 ASA 유화용 변성전분은 외국에서 소개된 바가 있기는 하지만 사이즈도 발현이 감자전분의 절반 수준으로 효과적이 지 못한 것이 문제점으로 지적된 바 있다. A ASA 유화용 전분으로는 감자전분과 옥수수전분으로 제조된 외국산 기존 제품과 본 연 구를 통해 개발된 옥수수 전분을 이용하였다. 먼저 실험실적으로 최적의 ASA 에멸션의 유 화가 가능하도록 유화조건을 설정하여 유화액의 입도가 1µm 정도가 되도록 하였다. 이들 A ASA 사이즈제를 Hw. Sw-BKP로 조성된 지료에 투입하여 수초한 후 Hercules 사이즈도 측정기를 이용하여 수초지의 사이즈도를 측정하였다. 또 사이정 효과를 극대화시키기 위한 방안을 모색하기 위해 ASA 에말션의 입도, 제타전위, 탁도 등의 평가를 병행 실시하였다. 실험 결과 기존의 방법으로 유화한 경우 수입감자양성전분이 가장 높은 사이즈도를 보였 다. 그러나, 적절한 전분변성법과 유화조건을 개선함으로써 옥수수전분을 이용하여 수입 감 자전분이나 수입 옥수수전분보다 더 우수한 ASA 사이정 효과를 나타내는 양성전분이 개발 될 수 있음을 확인하였다.
본 연구에서는 고화제를 이용하여 개량된 노상재료의 배합에 따른 공학적 특성과 지지력을 분석하기 위하여 실내 및 현장시험을 실시하였다. 노상토 개량에 고화제로 사용된 재료의 주성분은 CaO와 $SO_3$이다. 고화제를 현장 토공재료인 저소성 점토(CL)와 혼합한 후 입도분포는 체 굵기가 커질수록 상대적으로 통과율이 낮아져 실트질 모래(SM)로 흙의 종류가 바뀌었을 뿐 아니라 소성지수와 수정 CBR 등의 공학적 특성이 노상토에 적합하게 개선되었다. 동일한 에너지로 다짐된 개량토의 다짐곡선으로부터 최대건조단위중량은 현장토 대비 약 6%가량 증가하고 최적함수비는 약간 감소하여 상당히 입도가 개선되었다. 실내 CBR 시험에서도 동일한 다짐에너지에서 적당량의 고화제를 투입한 개량토의 단위중량과 강도 증대효과가 현저히 크게 나타났다. 고화제 투입 후 조립분의 비율이 상대적으로 증가함으로 인하여 현장토 대비 초기다짐 시 팽창비가 3.3배 이상 감소되었고, 최종다짐 시에는 6.5배 이상 작게 나타났다. 시험시공이 이루어진 구간에서 일축압축강도는 설계강도 이상을 확보하면서 균질한 값을 유지하였다. 동일한 시공조건으로 현장에 적용한 후 확인시험 결과에서도 다짐 1일 후 시험한 6개소 모두의 지지력계수가 적절한 수준에서 목표값을 상회하고 그 변동성도 양호한 것으로 나타났다.
자연 하천에서의 부유사 농도 계측은 주로 재래식 채집방식을 활용한 직접계측 방식에 의존하여 비용과 시간이 많이 소요되며 점 계측 방식으로 고해상도의 시공간 자료를 측정하기엔 한계가 존재한다. 이러한 한계점을 극복하기 위해 최근 위성영상과 드론을 활용하여 촬영된 다분광 혹은 초분광 영상을 통해 고해상도의 부유사 농도 시공간분포를 측정하는 기법에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 하지만, 다른 하천 물리량 계측에 비해 부유사 계측 연구는 하천에 따라 부유사가 비균질적으로 분포하여 원격탐사를 통해 정확하고 전역적인 농도 분포를 재현하기는 어려운 실정이다. 이러한 부유사의 비균질성은 부유사의 입도분포, 광물특성, 침강성 등이 하천에서 다양하게 분포하기 때문이며 이로 인해 부유사는 지역별로 다양한 분광특성을 가지게 된다. 따라서, 본 연구에서는 이러한 영향을 고려한 전역적인 부유사 농도 예측 모형을 개발하기 위해 실내 실험을 통해 부유사 특성별 고유 분광 라이브러리를 구축하고 실규모 수로에서 다양한 부유사 조건에 대한 초분광 스펙트럼과 부유사 농도를 측정하는 실험을 수행하였다. 실제 부유사 농도는 광학 기반 센서인 LISST-200X와 샘플링을 통한 실험실 분석을 통해 계측되었으며, 초분광 스펙트럼 자료는 초분광 카메라를 통해 촬영한 영상에서 부유사 계측 지점에 대한 픽셀의 스펙트럼을 추출하여 구축하였다. 이렇게 생성된 자료들의 분광 다양성을 주성분 분석(Principle Component Analysis; PCA)를 통해 분석하였으며, 부유사의 입도 분포, 부유사 종류, 수온 등과의 상관관계를 통해 분광 특성과 가장 상관관계가 높은 물리적 인자를 규명하였다. 더불어 구축된 자료를 바탕으로 기계학습 기반 주요 특징 선택 알고리즘인 재귀적 특징 제거법 (Recursive Feature Elimination)과 기계학습기반 회귀 모형인 Support Vector Regression을 결합하여 초분광 영상 기반 부유사 농도 예측 모형을 개발하였으며, 이 결과를 원격탐사 계측 연구에서 일반적으로 사용되어 오던 최적 밴드비 분석 (Optimal Band Ratio Analysis; OBRA) 방법으로 도출된 회귀식과 비교하였다. 그 결과, 기존의 OBRA 기반 방법은 비선형성을 증가시켜도 좁은 영역의 파장대만을 고려하는 한계점으로 인해 부유사의 다양한 분광 특성을 반영하지 못하였으며, 본 연구에서 제시한 기계학습 기반 예측 모형은 420 nm~1000 nm에 걸쳐 폭 넓은 파장대를 고려함과 동시에 높은 정확도를 산출하였다. 최종적으로 개발된 모형을 적용해 다양한 유사 조건에 대한 부유사 시공간 분포를 매핑한 결과, 시공간적으로 고해상도의 부유사 농도 분포를 산출하는 것으로 밝혀졌다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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