KR100195793B1 - 분말 유흡착재 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해양 유류 오염시 물리적으로 기름을 제거할 수 있는 유흡착재에 관한 것으로서, 특히 생물질 재료를 사용하여 해양 생태계에 영향을 주지 않고 유처리제(유화제)의 독성문제 해결 및 수거된 흡착유의 효과적인 재이용과 소각시 대기오염의 문제 해결은 물론, 폐쇄해역의 소규모 유출사고에 효과적으로 제거할 수 있도록 하는 분말 유흡착재에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명은 분말상으로 이루어지는 유흡착재 제조방법에 있어서, 솔잎, 송피(소나무 껍질) 또는 및 활엽수 낙엽퇴비를 수거하여 이물질을 제거하는 재료선별단계, 선별된 재료를 일정기간 동안 일광건조시켜 수분을 최대한 제거하는 일광건조단계, 잔류수분을 제거하고 섬유조직에 활성을 부여하기 위해 소정조건에서 열풍건조하는 화력건조 및 활성화단계, 활성화된 재료를 분말상으로 만들기 위해 소정의 크기로 분쇄하여 재처리하는 분쇄 및 재처리단계로 이루어진다.

또한 본 발명은 분말상으로 이루어지는 유흡착재에 있어서, 상기 분말상의 유흡착재는, 솔잎 또는 송피를 사용하고, 건조 및 분쇄시켜 섬유소의 흡착력과 섬유소 사이의 공극에 의한 모세관현상으로 기름이 흡착 응집되도록 한 것이다.

Description

분말 유흡착재 및 그 제조방법

본 발명은 해양 유류 오염시 물리적으로 기름을 제거할 수 있는 유흡착재에 관한 것으로서, 특히 생물질 재료를 사용하여 해양 생태계에 영향을 주지 않고 유처리제(유화제)의 독성문제 해결 및 수거된 흡착유의 효과적인 재이용과 소각시 대기오염의 문제해결은 물론, 폐쇄해역의 소규모 유출사고에 효과적으로 제거할 수 있도록 하는 분말 유흡착재에 관한 것이다.

일반적으로 해양 선박사고시 선박으로부터 유출되는 기름에 의해 해양 생태계에 극심한 피해를 주게 되며, 이 유출된 기름을 제거하기 위해 많은 연구 개발이 이루어지고 있다.

따라서 현재 개발 또는 사용되고 있는 유흡착재는 메트형, 로프형, 쿠션형 등의 흡착포가 시판되고 있으며, 특히 최근에 들어 캐나다, 미국, 러시아 등지에서는 물 이끼(Peat Moss)를 이용한 분말상 흡착재를 유화제 대용으로 많이 사용하고 있다.

그 이유로서 물 이끼를 이용한 분말상 흡착재는 해양 오류 오염시 유화제 대신 사용할 수 있으며, 해양 생태계에 영향을 주지 않고 물리적으로 기름을 제거할 수 있는 획기적인 수단으로 평가되므로 이러한 추세로 미루어 볼 때 해양 유류 오염의 제거에 화학적 유화제의 독성을 고려하여 분말상의 유흡착재가 주로 사용되고 있다.

그러나 이러한 분말 유흡착재의 재료로 쓰이는 물 이끼는 국내에서 채취가 어려워 전량 수입에 의존할 수 밖에 없으며, 제조공정이 복잡하여 높은 가격으로 인해 막대한 외화를 낭비하고 있는 실정이다.

따라서 해양 생태계에 아무런 영향을 주지 않으면서 국내에서 대량생산 및 체취가 가능한 재료를 선별하여 분말 유흡착재를 제조함으로서 오염된 유류를 효과적으로 제거할 수 있음은 물론, 막대한 외화 손실을 줄일 수 있는 분말 유흡착재의 개발이 시급하게 요구된다.

본 발명은 해양 생태계에 아무런 영향을 주지 않으면서 오염된 유류를 효과적으로 제거 위해 국내에서 대량 수집이 가능하고, 폐기물로 분류되어 폐기 처분되는 솔잎과 송피(소나무 껍질), 그리고 활엽수의 낙엽퇴비를 소정의 공정을 거쳐 분말 유흡착재를 제조하여 섬유소의 활성화 인력(흡착력)과 섬유소 사이의 공극에 의한 모세관현상으로 기름이 흡착 응집되도록 한 것이다.

따라서 본 발명은 분말상으로 이루어지는 유흡착재 제조방법에 있어서, 솔잎과 송피 및 활엽수 낙엽퇴비를 수거하여 이물질을 제거하는 재료선별단계, 선별된 재료를 일정기간동안 일광건조시켜 수분을 최대한 제거하는 일광건조단계, 잔류수분을 제거하고 섬유조직에 활성을 부여하기 위해 소정조건에서 열풍건조하는 화력 건조 및 활성화단계, 활성화된 재료를 분말상으로 만들기 위해 소정의 크기로 분쇄하여 재처리하는 분쇄 및 재처리단계로 이루어진다.

또한 본 발명은 분말상으로 이루어지는 유흡착재에 있어서, 상기 분말상의 유흡착재는, 솔잎과 송피중에 하나를 택일적으로 사용하고 건조 및 분쇄시켜 섬유소의 흡착력과 섬유소 사이의 공극에 의한 모세관현상으로 기름이 흡착응집되도록 한 것이다.

제1도는 본 발명에 따른 분말 유흡착재의 제조공정도.

제2도는 본 발명에 따른 분말 유흡착재의 확대도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

5 : 분말 유흡착재 6 : 공극

먼저 본원 발명에서 유흡착재의 재료를 솔잎 또는 송피로 선택한 이유를 종래의 유흡착재인 물 이끼(Peat Moss)와 비교한 표 1에 의해 설명하면 다음과 같다.

표 1에서 보는 바와 같이 종래의 물 이끼는 솔잎과 송피에 비하여 단위무게당 기름 흡착능이 우수하게 나타났고, 단위부피당 흡착착량, 단위무게당 수분흡수량은 거의 같게 나타났으나, 입자의 응집성 부분에서는 물 이끼보다 솔잎과 송피가 매우 높은 것으로 나타났다. 그 이유는 물 이끼가 솔잎과 송피에 비해 밀도가 낮고 공극률이 크기 때문이다.

따라서 솔잎과 송피는 생태계를 파괴하지 않는 생물질 재료로서 화학약품을 전혀 첨가하지 않고도 소수성 및 친유성이며, 응집성이 강해 기름흡착 후 가라앉지 않고 응집하여 덩어리를 이룸으로서 기름확산방지와 제거하기가 용이할 뿐만 아니라 건조된 분말 솔잎과 송피는 비교적 가벼워 수면에 부유하는 한편, 수분은 전혀 흡수하지 않아 바람과 파도에 의해 골고루 확산되어 해상의 기름을 흡착하므로 기름제거 작업이 용이하며, 무엇보다도 한국에서 쉽게 구할 수 있는 폐기물로서 회수후에 흡착유류를 연소보조제나 폐기물 재생연료로 이용 가능하여 매우 경제적인 측면도 가지고 있다.

이하 본 발명에 따른 분말 유흡착재의 제조공정을 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명에 따른 분말 유흡착재의 제조공정도로서, 먼저 본 발명의 유흡착재를 제조하기 위해 한국에서 자생하고 있는 소나무류의 솔잎 낙엽과 제재소에서 폐기되는 송피를 수거하여 부식되지 않은 솔잎과 부식된 솔잎을 구분하고, 송피 역시 부식되지 않은 송피와 부식된 송피를 각각 선별하는 한편, 낙엽퇴비로 사용되는 활엽수를 수거하여 이물질을 제거하는 재료선별단계(1)를 거치게 된다.

이 후 선별된 재료 즉, 부식되지 않은 솔잎과 송피, 부식된 솔잎과 송피, 그리고 활엽수 낙엽퇴비를 각각의 종류별로 분리하여 일정기간동안 일광건조시킴으로서 수분을 최대한 제거하는 일광건조단계(2)을 수행한다.

상기 일광건조단계(2) 완료 후 잔류수분을 제거함과 동시에 섬유조직에 활성을 부여하기 위해 150℃∼250℃에서 10∼30분간 열풍 건조하는 화력건조 및 활성화단계(3)을 실시한 다음 활성화된 재료를 분말상으로 만들기 위해 직경 1mm이하로 분쇄하여 재처리하는 분쇄 및 재처리단계(4)을 수행함으로서 분말 유흡착재의 제조공정을 완료하게 되며, 이때 제2도에서와 같이 직경 1mm이하로 분쇄된 분말 유흡착재(5)에는 수많은 작은 공극(6)을 가지게 된다.

상기와 같이 솔잎 또는 송피를 선택적으로 사용한 유흡착재의 기름 흡착과정을 살펴보면 다음과 같다.

먼저 기름에 의해 오염된 해면에 분말형태의 솔잎 또는 송피를 선택적으로 사용한 유흡착재를 분사하게 되면 이 유흡착재는 직경 1mm로 분쇄되어 가벼운 관계로 수면에 부유하게 되고, 바람과 파도에 의해 골고루 확산이 이루어지는 한편, 이 분말 유흡착재에 기름이 흡착 및 응집되는 현상이 일어나게 된다.

이때 분말상태의 솔잎 또는 송피에 오일이 흡착되는 이유는, 분말 유흡착재(5)인 솔잎 또는 송피에는 섬유소와 리그닌, 레진 및 테르핀이 함유되어 있어서 자연상태에서 소수성이며, 제조공정의 일광건조단계(2)와 화력건조 및 활성화단계(3)를 거침으로서 섬유소사이의 수분과 기타의 물질이 빠져나오면서 공극(6)이 생기고 활성화된다.

따라서 기름의 흡착반응은 제2도에서와 같이 분말 유흡착재(5)인 섬유소의 활성화 인력(흡착력)과 섬유소 사이의 공극(6)에 의한 모세관현상으로 응집되며, 직경 1mm 이내의 솔잎 또는 송피 입자는 수많은 작은 공극(6)을 가지게 되어 일단 흡착된 기름을 덩어리화하여 제거되기 쉬운 상태로 만들어 주며 흡착후에도 기름을 다시 내어놓지 않게 됨으로서 액상의 기름을 반고체상태로 만들어 기름의 확산을 방지하게 되는 것이다.

여기서 솔잎 또는 송피에는 탄화수소 일종인 소나무 테르핀이 존재하게 되며, 이 소나무 테르핀은 극히 분해되기 어려운 물질이므로 친유성과 소수성을 강하게 나타냄에 따라 수분은 전혀 흡수하지 않고, 기름만을 흡착하게 되는 것이다.

그러므로 일단 흡착된 기름은 유흡착재에 의하여 덩어리화 하고 자체의 부력으로 수면에 상승하면 망으로 건져 올려 제거하게 된다.

다음은 본 발명의 유흡착재를 재료의 종류별로 제조한 실시예를 설명하고, 환경부 유흡착재 형식 승인 실험방법에 의한 선박용 중유의 흡착 및 수분흡수능력의 실험결과를 제시하면 다음과 같다.

[실시예 1]

실시예 1은 부식되지 않은 솔잎만을 사용하여 분말 유흡착재를 제조(이하 A-1라 함)한 것으로, 실험결과는 단위무게당 흡착량(g/g)은 3.60이며, 단위부피당 흡착량(g/ml)은 0.085이고, 단위무게당 수분흡수량(g/g)은 0으로 입자의 응집성이 높은 것으로 나타났다.

[실시예 2]

실시예 2는 부식된 솔잎만을 사용하여 분말 유흡착재를 제조(이하 A-2라 함)한 것으로, 실험결과는 단위무게당 흡착량(g/g)은 3.90이며, 단위부피당 흡착량(g/ml)은 0.905이고, 단위무게당 수분흡수량(g/g)은 0으로 입자의 응집성이 대단히 높은 것으로 나타났다.

[실시예 3]

실시예 3은 부식되지 않은 송피만을 사용하여 분말 유흡착재를 제조(이하 B-1라 함)한 것으로, 실험결과는 단위무게당 흡착량(g/g)은 3.25이며, 단위부피당 흡착량(g/ml)은 0.703이고, 단위무게당 수분흡수량(g/g)은 0으로 입자의 응집성이 양호한 것으로 나타났다.

[실시예 4]

실시예 4는 부식된 송피만을 사용하여 분말 유흡착재를 제조(이하 B-2라 함)한 것으로, 실험결과는 단위무게당 흡착량(g/g)은 3.55이며, 단위부피당 흡착량(g/ml)은 0.755이고, 단위무게당 수분흡수량(g/g)은 0으로 입자의 응집성이 대단히 양호한 것으로 나타났다.

여기서 실시예 1 내지 실시예 4에서 보는 바와 같이 부식된 솔잎(A-2)과 송피(B-2)는 부식되지 않은 솔잎(A-2)과 송피(B-2)에 비해 흡착성능이 우수한 것으로 나타났으며, 그 이유는 솔잎과 송피가 부식되면서 흡착재 내부의 리그닌과 당류 및 기타의 물질들이 분해 및 증발되어 흡착기공이 넓어지기 때문이다.

[실시예 5]

실시예 5는 솔잎과 송피를 각각 1:1로 혼합하여 분말 유흡착재를 제조(이하 C-1라 함)한 것으로, 실험결과는 단위무게당 흡착량(g/g)은 3.45이며, 단위부피당 흡착량(g/ml)은 0.805이고, 단위무게당 수분흡수량(g/g)은 0으로 입자의 응집성이 높은 것으로 나타났다. 따라서 솔잎과 송피의 혼합 흡착실험에서 보는 바와 같이 흡착성능은 그다지 변화하지 않으므로 두 물질의 혼합사용이 가능하게 된다.

[실시예 6]

실시예 6은 솔잎(또는 송피)과 활엽수 낙엽퇴비를 각각 1:1로 혼합하여 분말 유흡착재를 제조(이하 C-2라 함)한 것으로, 실험결과는 단위무게당 흡착량(g/g)은 3.48이며, 단위부피당 흡착량(g/ml)은 0.935이고, 단위무게당 수분흡수량(g/g)은 0.05로 입자의 응집성이 높은 것으로 나타났다.

따라서 흡착후 덩어리로 응집하는 경향은 솔잎(또는 송피)이 월등히 우수하나, 활엽수낙엽을 혼합한 시료의 경우 단위 무게당의 흡착능력이 현저히 개선되어 거의 물 이끼(peat moss)에 근접하는 것으로 나타나 해양 유류 오염 제거에는 솔잎(또는 송피)과 활엽수를 혼합한 것이 더 좋은 흡착재임을 알 수 있는 반면, 흡수율이 증가하므로 흡착후 바로 회수해야 하는 단점이 제기된다.

이상에서와 같은 실시예 1 내지 실시예 6의 실험결과표를 표 2에 나타내면 다음과 같다.

상기의 표 2에서 보는 바와 같이 본원 발명에 의한 유흡착재의 수분흡수성능을 실험한 결과 대상시료인 솔잎 및 송피가 모두 수분을 전혀 흡수하지 않는 우수한 소수성을 나타내었으며, 주위의 기름을 흡인하는 능력이 우수하여 강한 친유성 물질임이 판명되었다.

따라서 솔잎과 송피는 생태계를 파괴하지 않는 생물질 재료로서 화학약품을 전혀 첨가하지 않고도 소수성 및 친유성을가지며, 응집성이 강해 기름흡착 후 가라앉지 않고 응집하여 덩어리를 이룸으로서 기름확산방지와 제거하게 되는 것이다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 국내에서 대량 수집이 가능하고, 폐기물로 분류되어 폐기 처분되는 솔잎과 송피, 그리고 활엽수의 낙엽퇴비를 소정의 공정단계를 거쳐 분말 유흡착재를 제조하여 섬유소의 활성화 인력(흡착력)과 섬유소 사이의 공극에 의한 모세관현상으로 기름이 흡착되도록 함으로서 해면에 골고루 분포시킬 수 있고 수거시 흡착유가 빠져나오지 않게 되어 해양 유류 오염의 효과적인 제거는 물론, 생물질 재료로 인해 해양 생태계에 영향을 주지 않아 종래 유처리제(유화제)의 독성문제를 해결하고, 또한 수거된 흡착유의 효과적인 재이용과 소각시 대기오염의 문제해결은 물론, 폐쇄해역의 소규모 유출사고에 효과적인 대처 및 공장이나 저유소 등의 기름누출을 손쉽게 제거할 수 있는 것이다.

Claims (5)

1. 분말상으로 이루어지는 유흡착재 제조방법에 있어서, 솔잎, 송피 또는 활엽수 낙엽퇴비를 수거하여 이물질을 제거하는 재료선별단계(1), 선별된 재료를 일정기간동안 일광건조시켜 수분을 최대한 제거하는 일광건조단계(2), 잔류수분을 제거하고 섬유조직에 활성을 부여하기 위해 소정조건에서 열풍건조하는 화력건조 및 활성화단계(3), 활성화된 재료를 분말상으로 만들기 위해 소정의 크기로 분쇄하여 재처리하는 분쇄 및 재처리단계(4)로 이루어지는 분말 유흡착재 제조방법.
2. 제1항에 있어서 상기 화력건조 및 활성화단계(3)는, 150℃∼250℃ 조건에서 10∼30분동안 건조토록 한 것을 특징으로 하는 분말 유흡착재 제조방법.
3. 제1항에 있어서 상기 분쇄 및 재처리단계(4)는, 활성화된 재료를 직경 1mm 이내로 분쇄한 것을 특징으로 하는 분말 유흡착재 제조방법.
4. 분말상으로 이루어지는 유흡착재에 있어서, 상기 분말상의 유흡착재는, 솔잎 또는 송피를 사용하고, 건조 및 분쇄시켜 섬유소의 흡착력과 섬유소 사이의 공극에 의한 모세관현상으로 기름이 흡착응집되도록 한 것을 특징으로 하는 분말 유흡착재.
5. 제4항에 있어서, 솔잎 또는 송피를 사용하는 분말상의 유흡착재에 활엽수 낙엽퇴비를 첨가한 것을 특징으로 하는 분말 유흡착재.