최근 수평시추, 수압파쇄 등의 기술발전에 따라 셰일가스, 셰일오일, 석탄층 메탄가스 등 비전통자원개발이 활성화 되었다. 이러한 기술발전으로 생산성이 향상되었지만, 화학약품이 포함된 수압파쇄 유체와 오일, 가스와 고농도의 염과 방사성 물질을 함유하는 생산수가 가스 생산중 발생하게 된다. 이같이 생성된 대량의 폐수에 따른 부정적인 환경적 요인은 비전통자원개발에 주요 장애요소로 급격히 대두되고 있다. 본 연구에서는 비전통자원개발에 따른 회수수와 생산수의 처리방법에 대한 융합적인 토대를 제시하고, 새롭게 떠오르는 다양한 수처리 기술을 총설하고자 한다. 비전통 자원개발 현장에 적용 가능한 기본적인 분리공정인 막분리, 증발, 결정화, 탈염공정 기술을 소개하고 또한 대량의 수자원을 사용하는 비전통자원개발의 특성상 물의 재이용 및 재활용이 가능한 기술을 소개하고자 한다.
동일한 마이크로파 조사 방식과 전계 강도에 의하여 마이크로파가 에멀젼에 조사될 경우 조사 시간이 길수록 많은 에너지가 에멀젼에 흡수된다. 그 결과로 에멀젼의 온도가 상승하고 점도는 낮아져 분리가 일어난다. 본 연구에서는 에멀젼 분리 효율의 향상을 위하여 마이크로파 조사 방식(연속식(continuous mode), 펄스식(pulsative mode), 주기식(periodical mode))에 의한 분리 효율의 비교 검토와 Sauter 평균 지름(Sauter mean diameter: $D_{32}$)을 이용한 에멀젼의 안정성에 관한 연구를 수행하였다. 각각의 조사 방식에 의하여 600 sec 동안 마이크로파가 조사된 30% W/O형 에멀젼(sample #1)을 24 h 침강시켰을 경우 연속식, 펄스식, 그리고 주기식에서 각각 60.0%, 62.3%, 그리고 96.2%의 오일 회수가 이루어졌고, 물 분리율은 26.5%, 35.0%, 그리고 93.9%를 나타내었다. Sauter 평균 지름($D_{32}$)은 연속식 $47.183{\mu}m$, 펄스식 $111.547{\mu}m$ 그리고 주기식에서 $220.476{\mu}m$로 주기식에서 가장 큰 값을 얻었다.
본 연구에서는 함수율 32.3 wt%인 저등급 석탄을 유중증발 건조한 후 고속 원심분리 장치에서 기름을 분리하여 연료 특성을 분석하였으며, 유중증발 건조시간이 6, 10분일 때 석탄의 함수율은 각각 5.0, 4.2 wt%까지 감소하였다. 유중증발 건조 후 석탄의 고위발열량은 11,442.0 kJ/kg-wet에서 27,816.0 kJ/kg-wet로 증가하였다. 유중증발 건조한 석탄을 상온에서 원심분리장치로 기름을 분리한 석탄의 기름 함량은 15.0 wt%이나 건조 석탄을 80, 100, $120^{\circ}C$로 재가열하여 기름을 원심분리하면 각각 9.7, 9.3, 8.5 wt%로 줄어들었으며 석탄 직경별 기름 함량차이는 미약하였다. 원심분리 장치에서 회수한 기름은 유중증발 건조용 기름으로 재사용한다. 저등급 석탄을 대상으로 열중량분석(thermogravimetric analysis, TGA)을 수행한 결과, 건조 후 $120^{\circ}C$로 재가열한 석탄은 석탄입자 크기에 따른 무게변화는 거의 없었으며 이것은 원심분리 장치 성능이 석탄입자의 크기에는 영향을 받지 않기 때문이다. 또한, 미분열중량 분석(derivative thermogravimetry, DTG)을 수행한 결과에 의하면 원시료 석탄은 $400^{\circ}C$에서 휘발분이 가스화되면서 피크가 나타났고 유중증발 건조한 석탄의 경우 $350^{\circ}C$에서 1차 피크, $400^{\circ}C$에서 2차 피크가 발생하였다. 1차 피크는 유중증발 건조과정 중에 석탄내부의 수분과 치환된 기름 때문으로 사료되었다. 또한, $80^{\circ}C$, $100^{\circ}C$, $120^{\circ}C$로 재가열하여 기름을 분리한 석탄시료들의 피크가 기름을 분리하지 않은 석탄의 피크보다 작은 것은 원심분리 장치에 의해 기름이 일정량 분리되었기 때문이다.
알칼리 수산화물이 용해되어 있는 에탄올을 사용하여 어유를 비누화시키고 이를 냉각 여과함으로써 ${\omega}-3$고도불포화지방산 특히, EPA와 DHA가 농축된 지방산 농축물을 얻을 수 있었다. 정어리유와 농축물의 지방산 비교 분석한 결과 지방산 분자의 이중결합 수 또는 탄소사슬 길이보다는 탄소사슬 길이에 대한 이중결합 수의 비율이 에탄올에 대한 지방산 나트륨염의 용해도를 결정짖는 보다 중요한 인자라는 점을 알수 있었다. 비누화 반응의 용매인 에탄올 내의 물함량은 분리효율에 커다란 영향을 끼쳤는데 물함량이 낮아질수록 농축물 내의 EPA 및 DHA 함량과 이들의 수율이 증가되는 경향이었다. 한편, 비누화된 용액을 결정화시킬 때의 냉각온도 및 냉각과정은 공정의 효율에 큰 영향을 끼치지 않았다. 무수 에탄올을 사용하고 비누화된 용액을 $10^{\circ}C$로 급속 냉각하였을때 EPA와 DHA함량이 원료 정어리유의 14.2%와 10.7%에서 각각 34.1%와 27.8%로 증가된 PUFA농축물을 84.5%의 수율로 얻을 수 있었다.
자동차, 기계금속, 전자 등 여러 산업에서는 부품 가공 중의 세정 과정에서 금속가공유와 각종 세정첨가물이 함유된 많은 폐수를 발생시킨다. 본 연구에서는 수용성 또는 비수용성 금속가공유로 오염된 수계 및 준수계 세정폐수를 한외여과막시스템을 이용하여 처리하고자 하였다. 이 실험에서 막을 친수성인 polyacrylonitrile(PAN)을 사용하고 막의 크기 및 오염물의 농도 변화에 따른 한외여과막 투과수량과 유수분리 성능(COD제거율)을 측정하여 한외여과법 처리의 적정성 여부를 조사 분석하였다. 그 결과 수계 또는 준수계세정제와 수용성 가공유로 오염된 가공폐수의 경우 한외여과막의 크기가 10 kDa에서 100 kDa로 증가함에 따라 COD 제거율은 90 wt%-95 wt%로 거의 일정하지만 투과플럭스는 4배 이상 증가하였다. 그리고 금속가공폐수의 오염물 농도가 3 wt%에서 10 wt%로 증가할수록 한외여과막의 COD 제거율은 증가하지만 투과플럭스는 감소하였다. 그러나 수계 또는 준수계세정제와 비수용성 오일로 오염된 가공폐수의 경우 오염물의 농도가 증가할수록 COD 제거율은 거의 일정하지만 투과플럭스는 급격히 감소함을 보여 주었다. 이러한 현상은 한외여과막 재질이 친수성인 PAN이기 때문에 비수용성 오일이 막을 통과하지 못하고 막의 기공을 막기 때문인 것으로 추론된다. 따라서, 수용성 오일이 함유된 세정액은 막재질이 PAN이고 세공크기가 100 kDa인 한외여과법 처리가 적정한 것으로 판단되었다. 이러한 기초실험 결과를 활용하여 PAN 재질의 막(MWCO=100 kDa)을 사용한 한외여과 pilot 시스템을 설치 운전하여 수용성 인발유로 오염된 알칼리 세정 폐액을 처리하고 알칼리세정제와 인발유를 재활용하고자 하였다. 현장 실험 결과 한외여과 공정은 수계세정제와 수용성오일을 효과적으로 분리하여 재활용할 수 있었고 기존 공정에 비하여 세정제 사용수명을 12배 이상 증가시킬 수 있었다.
폴리디메틸실록산(PDMS)은 화학적 증기 증착 방법을 통해 다양한 물질에 5 nm 두께 이하의 박막 형태로 증착될 수 있다. $SiO_2$, $TiO_2$, ZnO, C, Ni 및 NiO와 같은 다양한 종류의 나노입자 표면에도 PDMS 박막은 증기 증착을 통해 고르게 형성될 수 있으며, PDMS가 증착된 표면은 완벽한 소수성을 갖게 된다. 이 소수성 박막은 안정성이 높아 산, 염기 및 자외선 노출 시에도 잘 분해되지 않으며, 또한 PDMS로 코팅된 나노입자는 다양한 환경 분야에 응용될 수 있다. PDMS 코팅된 소수성 $SiO_2$ 입자는 기름/물 혼합액에서 기름과 선택적으로 반응하고, 기름 유출 사고 시 유류 확산을 억제할 수 있으며, 유출된 기름을 물에서 물리적으로 쉽게 분리할 수 있게 해준다. PDMS 코팅된 $TiO_2$를 진공 상태에서 열처리 할 경우 $TiO_2$ 표면은 완전하게 친수성으로 개질되며, 이때 $TiO_2$가 가시광선을 흡수하여 반응할 수 있게 하는 산소 빈자리 또한 발생하게 된다. PDMS 코팅 후 열처리한 $TiO_2$는 아무 처리하지 않은 $TiO_2$에 비해 가시광 하에서 수중의 유기 염료를 분해하는데 더 뛰어난 광촉매 활성을 보인다. 우리는 해당 연구에서 제시하는 간단한 PDMS 박막 코팅 방법이 다양한 환경 과학 및 공학 분야에서 응용될 수 있음을 소개하고자 한다.
Automotive wheel bearing grease helps to reduce stresses and prevent wear of wheel bearings. But it is easily contaminated by water and other contaminants. Previously, our research group reported the change of grease physical properties such as dropping point, work penetration and oxidation work stability, water washout characteristics, leakage tendency, oil separation, evaporation loss and rust protection by water contamination. In this paper, we analyzed the physical characteristics of grease such as lubricity, viscosity and total acid number to investigate the mechanism of thickener decomposition. In water contaminated grease, the total acid number and wear scar were increased, the viscosity was decreased due to the decomposition of lithium complex thickener.
Kim, Jungil;Lee, Youngkeun;Kim, Yongmin;Yun, Seiyoung
한국응용과학기술학회지
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제35권4호
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pp.1478-1486
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2018
Liquid crystals offer plenty of useful activities as improving the stability of emulsion, increasing moisturizing power, drug release, improving skin feeling and visual effect for cosmetics fields. In order to prepare stable semi-transparent gel emulsion, liquid crystal emulsification method was used. The emulsion stabilities of systems containing glycerin, fatty alcohols, surfactants, water and oil were investigated at various temperatures as time passed. The stabilities of all emulsions were evaluated by means of a polarizing microscope, SEM, rheometer, colorimeter and DSC. Even though the samples stored at $50^{\circ}C$ thermostatic chamber were occurred the reduction of hardness, turbidity and ${\Delta}H$ and the peak shift, the semi-transparent gel emulsion was very stable without separation between water and oils phase in emulsion.
다양한 수질 오염원 중 페놀과 같은 유기화합물은 배출조건이 비정상적인 경우 기존의 처리방법으로 제거하거나 파괴하기 어렵다. 수용액으로부터 페놀을 분리하기 위한 최근의 연구들은 활성탄에 의한 흡착, 용매 추출 등에 의해 수행되어져 왔으며, 물-기름 유화에 기초를 둔 액막법이 기존의 기술들을 대체하기 위한 방법으로 시험되어져 왔다. 본 연구에서는 tri-n-butyl phosphate(TBP)와 액상 고분자를 지지액막의 액막용액으로 선정하여 수용액상의 페놀을 분리하였다. 공급측 페놀 농도를 변화시키고 다양한 액막용액을 사용하여 이들이 페놀분리에 미치는 효과를 연구하였다. TBP를 운반체로 사용한 경우의 실험결과들은 용매추출에서 주로 사용되고 있는 methyl isobutyl ketone(MIBK)보다 높은 물질전달속도를 보여주었으며, 선택한 액상고분자 중 polypropylene glycol 4000(PPG-4000), polybutylene glycol 500(PBG 500)의 경우 MIBK와 유사하거나 조금 높은 값을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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