연간 250,000 톤 정도 생산되는 패각을 이용하여 악취제거기능을 갖는 폴리에틸렌 필름을 제조하기 위해, 패각 표면의 탄산이온을 바탕으로 양이온 또는 양이온성 계면활성제의 이온교환에 의한 표면흡착 및 이에 따른 표면 극성 변화를 통해서 악취제거능을 부여하였다. 패각 표면의 개질은 앙이온성 계면활성제로서 DTAB(n-dodecyltrimethylammonium bromide), CTAB(n-cetyltrimethy-lammonium bromide), 그리고 DHAB(n-dihexadecyldimethylammonium bromide)를 사용하였다. 또한 앙이온의 금속으로는 $Ce^{3+}$ , $Mg^{2+}$ , $Al^{3+}$ 를 이용하여 계면활성제의 이온교환방법으로 표면을 개질하였다. 표면 개질된 패각 분말을 이용하여 LDPE라 패각 기준 20 wt% 마스터배치(masterbatch, MB)를 제조한 후 다시 LDPE와 섞어서 패각 기준 3, 5, 10 wt%의 폴리에틸렌필름을 제조하였다. 생산된 필름의 규격은 폭 40 cm, 두께 40 $mu extrm{m}$ 이었다. 제조된 패각 필름에 대한 기계적 물성 측정 결과 패각의 첨가로 인한 기계적 물성의 큰 저하는 관찰되지 않았으며, 순수 폴리에틸렌 필름 대비 80% 이상의 물성을 유지하였다. 악취제거능은 양이온성 계면활성제로 개질된 패각 필름이 시험된 모든 종류의 악취에 대하여 가장 우수한 악취 흡착 제거능을 보여주었으며, 개질되지 않은 패각 필름도 비교적 우수한 악취제거능을 보여주었다.
우리나라의 남해안은 양식업에 의한 어업 활동이 활발하다. 특히 굴양식은 남해안 주민의 주소득원으로 생산량이 급격히 증가하고 있으나, 굴패각 형태의 폐기물 또한 급격히 증가하여 폐기물로 처리하여야 하는 굴패각의 처리비용의 부담으로 방치되거나 무단 투기됨으로 인해 해안 지역의 환경 오염이 날로 심각해지고 있다. 지금까지 굴패각의 처리는 매립에 의존하였으나 보다 확실한 처리 방법을 찾기 위해 많은 연구가 이루어지고 있다.(중략)
국내 해안에는 양식업에서 부산물로 다량 발생되는 굴, 홍합, 대합 등의 패각들이 해안에 야적되어 연안어장의 오염, 공유수면 관리상의 지장, 자연경관의 훼손 및 보건 위생상의 문제 등으로 환경오염을 초래하고 있다(정종현 등, 1998). 현재 폐 패각의 총발생량은 355,000톤 정도이며, 이 중 종묘채묘용으로 재사용되는 양을 제외하면, 토지개량제로서의 이용 등을 포함한 재활용율은 약 30%정도로 낮은 실정이다. (굴수협전국조합, 1999). 더구나 처리비용이 비싸기 때문에 발생되는 폐 패각은 대부분 방치되고 있는 실정이다. (중략)
자원의 재활용 관점에서 굴패각의 소성에 관한 연구가 많이 진행되고 있다. 굴패각을 소성시켜 만들어진 생석회는 건식으로 사용되기도 하고 물과 반응을 시켜 액상소석회로 변환시킨 뒤 사용되기도 한다. 그러나 굴패각은 석회석과는 약간 다른 소성 및 액상소석회 변화의 특성을 보여준다. 본 연구에서는 굴패각과 이를 비교하기 위한 석회석을 소성시켜 생석회를 만든 후 이를 다양한 온도의 물과 반응시켜 액상소석회로 변환 실험을 실시하였다. 액상소석회로 변환 후 150 ㎛의 체를 이용하여 거르고 액상소석회로의 전환률을 계산하였다. 소성된 석회석은 모든 온도에서 액상소석회로 전환되었다. 그러나 굴패각의 경우 본 연구의 실험조건 중 30℃와 50℃에서 액상소석회로 변환되지 않고 오히려 물과의 반응을 통하여 만들어진 Ca(OH)2의 존재로 질량이 증가하였으며 90℃에서도 석회석 보다는 낮은 액상소석회 전환률을 보여주었다. 굴패각에서 보여주는 이러한 차이는 굴패각의 각주층과 진주층에서 발견되는 단백질의 일종인 콘키올린이 높은 온도에서도 분해되지 않아 물과의 반응을 감소시켜 생기는 결과로 일부 설명할 수 있다. 그러나 콘키올린이 존재하지 않는 초크층에서도 석회석 보다 액상소석회의 변화률이 낮음을 보여준다. 이것은 석회석에는 거의 존재하지 않으나 굴패각에서 미량으로 존재하는 Na에 의하여 소성 시 패각의 방해석이 공융용융체 형성과 같은 추가적인 반응에 의한 것으로 생각된다.
굴과 꼬막과 같은 패각의 일부는 채묘종과 비료 등으로 재활용 되기도 하나, 대부분 인근 해안에 적치 되거나 불법 매립되고 있는 실정이다. 본 연구에서는 패각의 기초물성을 측정하고 패각을 시멘트 모르터에 혼입할 수 있는 가능성을 평가하고자 하였다. 그 결과 패각을 25% 혼입한 시멘트 모르터의 경우 흡수율과 압축강도가 Plain과 유사하게 측정되었다. 반면 굴패각을 25% 혼입한 경우 Plain에 비해 압축강도가 35% 저하되었으며, 흡수율은 2배로 증가하였다. 따라서 굴을 제외한 나머지 패각을 25% 범위 내에서 시멘트 모르터에 혼입하여 사용하는 것은 가능할 것으로 사료된다. 하지만 굴의 경우 다양한 혼입율을 적용한 추가 실험이 요구될 것으로 판단된다.
본 실험에서는 전산화단층영상장비에서 패각을 이용하여 제작한 방사선 융합차폐체의 표면 방사선 감소율과 방사선 인공물 영상을 평가하고자 하였다. 방사선 융합차폐체는 실리콘, 패각, 바륨분말을 이용하여 직경 50 mm, 두께 3.5 mm의 원형 차폐체 5종 (실리콘 차폐체, 바륨 차폐체, 실리콘과 패각 혼합 차폐체, 실리콘과 바륨 혼합 차폐체, 실리콘과 패각 그리고 바륨 혼합 차폐체)을 제작하였다. 방사선발생과 획득은 4 다중채널 전산화단층영상장비를 이용하였다. 그 결과 실리콘과 패각 혼합 차폐체가 영상의 인공물 발생 없이 5.3%의 표면 방사선 감소효과가 있었다. 향후 다양한 형태를 만들 수 있는 실리콘의 장점과 패각의 재활용으로 인한 친환경적인 소재로 방사선 융합차폐체 제작에 도움을 줄 수 있으리라 기대한다.
해안 연약지반 개량공사에 사용되는 모래는 대부분 다소간의 패각을 함유하게 된다. 본 연구에서는 패각 함유량이 패각질모래의 액상화 저항에 미치는 영향을 연구하기 위하여 중량비에 의해 0%, 5%, 10%, 20%, 30%의 패각을 함유한 모래의 입도를 조성하고 건조퇴적 방법으로 상대밀도가 40%와 55%인 공시체를 성형하여 50kPa, 100kPa, 150kPa의 압밀유효연직응력으로 NGI형 직접단순전단시험기를 이용해서 반복단순전단시험을 수행하였다. 연구 결과, 압밀유효연직응력이 낮을 경우에는 상대밀도가 40%, 55% 모두 패각 함유량이 많아질수록 액상화강도가 크게 증가하는 경향을 보였다. 그러나 압밀유효연직응력이 높을 경우에는 상대 밀도가 40%일 경우 약간 증가하는 경향을 얻었으나 상대밀도가 55%일 경우에는 거의 일정한 값으로 수렴하는 결과를 얻었다. 그리고 상대밀도에 관계없이 압밀유효연직응력이 증가하면 액상화 저항이 감소하는 경향을 보였다. 또한 같은 압밀유효연직응력과 패각함유량에서 상대밀도가 높아질수록 액상화강도가 증가하는 것으로 나타났다.
저염분에 따른 양식생물의 피해를 줄이기 위한 조기경보 방안으로 염분에 따른 굴(Crassostrea gigas) 패각운동 특성을 홀 소자를 이용하여 측정하는 생물모니터링시스템의 적용 가능성을 조사하였다. 염분농도 27 psu에서 굴의 패각운동은 평균 10-15 mm 정도의 개각상태를 유지하다가, 비교적 빠른 폐각상태를 지시하는 큰 파형이 보였으며, 다시 개각상태로 돌아가나, 그 속도는 폐각상태로 진행되는 속도보다 느리게 나타났다. 20 psu까지 저염분의 농도에서는 27 psu의 패각 운동과 큰 변화가 없었다. 하지만 17 psu 이하의 염분농도부터 이상 패각운동이 지시되었으며, 10 psu에서는 패각운동이 없이 폐각상태를 유지하였다. 이와 같은 생물모니터링시스템을 패류 양식에 활용하여 해양환경의 이상변동을 신속히 감지할 수 있다면, 어업피해를 감소시킬 활동으로 연결될 것으로 기대된다.
본 연구에서 우리는 다양한 종류의 패각을 사용하여 진주패각에서 나타나는 컬러 및 광학적 현상에 대해 비교 분석하였다. 다양한 종류의 패각의 진주층 단면 및 표면 SEM 이미지와 FFT 시뮬레이션을 수행했다. 그리고 반사율 측정을 통하여 패각에서 나타나는 광학적 현상에 대해 규명하고 패각의 광학적 현상에 의해 모패를 감별하기 위한 데이터를 구축하였다. 또한 패각의 진주층 구조에 기인한 회철현상을 바탕으로 하여 여러 각도의 분광반사율을 측정해서 보는 각도에 따라 패각의 색이 달라지는 현상에 대해 분석하였다.
본 연구는 남해안 연안에 방치되고 있는 굴패각을 세골재 크기의 5.0mm이하로 분쇄하여 실제 현장에서 사용가능한 세골재 대체재로 활용하여 굴패각을 사용한 콘크리트의 성질 및 제반 강도들에 대해 연구한 것이다. 이를 위해 기본 실험과 주요 변화 요인들에 대해 1,028개의 공시체 및 시험체를 제작 실험한 결과 굴패각을 사용한 콘크리트 제반 강도는 일반콘크리트 강도와 최대 10%정도 차이를 보였으며 세골재 대체재로서 우수한 굴패각 입도크기는 5.0mm이하를 균등하게 취한 경우로 약 30%까지는 대체 가능한 것으로 나타났다. 그리고 본 논문에서는 굴패각을 사용한 제반 콘크리트 강도상호 관계식들을 제시하였고 이의 탄성계수는 굴패각 대체율이 증가할수록 감소하였는데 대체율 10%까지는 거의 유사한 값을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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