KR100595172B1 - 오일 흡착 및 분해제 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고흡유성 단량체로부터 얻어진 유기물, 또는 고흡유성 단량체로부터 얻어진 유기물과 Al₂O₃ 또는 SiO₂로 구성된 무기물의 혼합물로 이루어진 지지체; 및, 산화-환원 반응을 일으키는 광촉매를 균일하게 혼합하여 형성한 다공질 비드형 오일 흡착 및 분해제를 제공하여 이를 오일 제거방법에 사용케 함으로써, 별도의 회수과정과 처리과정 없이 오일을 제거할 수 있게 한다.

오일 제거

Description

오일 흡착 및 분해제{Adsorbing and decomposing agent for oil}

도 1은 본 발명에 따른 다공질 비드형 오일 흡착 및 분해제의 구조를 개략적으로 도시한 모식도이며,

도 2는 본 발명에 따른 다공질 비드형 오일 흡착 및 분해제를 사용하여 해양에 유출된 오일을 제거하는 과정을 나타낸 모식도이다.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 지지체

2 : 광촉매

3 : 포어(pore)

본 발명은 2차 오염원을 생성하지 않는 새로운 다공질 비드형의 오일 흡착 및 분해제에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 광촉매를 이용하여 오일 및 고흡유성 물질까지 모두 분해시키는 오일 흡착 및 분해제에 관한 것이다.

산업혁명 이후 석유의 사용이 급격히 늘어나면서 환경오염이 급격히 증가하였다. 특히 석유 등의 유류의 광범위한 사용을 통해 생활은 매우 편리하여 졌지만, 유류의 사용시 발생하는 폐액의 무분별한 방출로 인해 우리 주변의 수질 오염이 매우 심각한 문제로 대두되고 있다. 또한 유조선을 통한 유류의 운송이 활발해지면서 유조선의 해상사고율이 증가하고 있으며, 이런 해양사고로 인한 유류의 해양유출로 심각한 해양오염이 발생하고 있다. 이러한 해양유출은 단순한 환경생태계의 파괴뿐만 아니라 인접 국가간의 대립과 충돌로 이어질 수 있어 그 문제는 실로 심각하다. 따라서 수질개선 및 지구환경보호를 위해 유기용제를 물로부터 선택적으로 흡수-분리-처리할 수 있는 새로운 기술개발이 절실히 요구되어 지고 있다.

이러한 유출된 오일을 제거하는 방법으로 몇가지 방법이 제안되어 사용되어 왔다(미국특허 제3,812,973호).

첫 번째 방법은 가장 고전적인 방법으로 침전제(sinking agent)를 이용하는 방법이다. 침전제로는 점토(clay)나 재(cinder)를 비교적 큰 입자의 형태로 오염원에 분산시켜 오일을 흡착한 후 침전을 시키는 방법이다.

두 번째 방법은 현재 가장 많이 사용하는 방법으로 폴리에틸렌(PE)과 파라핀(paraffin)을 섬유형태로 만들어 부직포로 가공하고 이를 오염원에 띄워서 오일을 표면에 흡착, 수거하여 제거하는 방법이다. 이 방법은 계면활성제를 넣고 물 제트(water jet)와 같은 장치를 이용하여 강한 물리적 힘을 가하면 물과 기름이 에멀젼(emulsion)상태로 만들어 두 성분을 분리하는 방법이다.

지금까지 알려진 오일흡수물질의 문제점으로 침전제인 경우 단순한 흡착에 의해 침전을 시켰기 때문에 시간이 지남에 따라 오일을 천천히 방출하여 심각한 수중오염을 야기하는 2차 오염원이 될 가능성이 크다. 흡유성을 갖는 부직포를 이용 하는 경우 아직은 흡유율이 낮고 흡착한 오일과의 인력이 약해 빨리 회수하지 않으면 오일을 다시 방출하여 2차 오염원으로 작용할 수 있다. 계면활성제를 사용하는 경우 흡수한 오일을 다시 회수하기가 힘들어 해양 생태계를 파괴하는 결과를 가져온다는 문제점이 있다.

따라서 최근에는 이러한 문제점을 극복하기 위하여 흡유성이 높은 물질의 개발과 함께 2차 오염의 방지를 위한 기술 개발에 초점이 맞추어지고 있다. 흡유성을 높이기 위한 연구로는 미국(다우 케미칼), 일본(일본촉매화학, 미쓰이 석유화학 등)을 중심으로 많이 연구되어지고 있으며, 2차 오염을 방지하기 위한 기술로는 흡착제(부직포 포함)를 적절히 디자인하여 효과적으로 수거하는 방법에 관한 연구와 함께 이들을 무해한 물질(2차 오염원이 되지 않는)로 분해하는 방법에 관한 연구가 진행되고 있다.

한편, 광촉매에 대한 연구는 1972년 후지시마(Fujishima)와 혼다(Honda)가 TiO₂의 단결정 전극에 빛을 조사하여 물을 수소와 산소로 분해함을 보고하면서 급격히 발전하기 시작하였다. 초기 광촉매 연구는 주로 태양에너지의 전환 및 저장에 관련된 일들이 주종을 이루었으나 점차 다른 분야로의 성공적인 응용 사례가 보고되기 시작하였다. 특히 최근에는 환경문제에 관한 관심이 증가함에 따라 오염된 물이 공기의 정화에 광촉매를 응용하는 분야가 더욱 활발히 연구되어지고 있다.

광촉매를 이용한 해양오염 처리에 대한 연구를 1980년대 말부터 미국, 일본 등 선진국들을 중심으로 시작하였으며 비드 형태(bead type)의 지지체에 광촉매를 코팅하여 사용한 예는 미국특허 제4,997,576호 등을 통해서 발표되었다. 그러나 상기 방법은 지지체 표면에만 광촉매가 존재함으로 말미암아 태양광에 의해 오일이 흡착된 지지체가 완전히 분해될 수 없게 되어 잔존하는 지지체로 인해 2차 오염현상이 발생될 수 있다는 단점이 있다.

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 흡유성이 우수한 물질을 지지체로 사용하여 광촉매 물질과 혼합하여 구슬 모양의 비드를 만들고, 이들이 태양광 하에서 광촉매의 산화-환원 반응을 이용하여 흡수된 오일 성분을 완전히 분해하고, 또한 지지체 물질인 흡유성이 강한 유기 고분자 물질까지 완전히 분해하여 석유 유출지역에서 단 한번의 도포과정만으로 회수나 처리과정이 전혀 필요없으면서도 2차 오염원을 생성하지 않는 새로운 오일 흡착 및 분해제를 제공한다.

본 발명은 고흡유성 단량체로부터 얻어진 유기물, 또는 고흡유성 단량체로부터 얻어진 유기물과 Al₂O₃ 또는 SiO₂로 구성된 무기물의 혼합물로 이루어진 지지체; 및,

산화-환원 반응을 일으키는 광촉매를 균일하게 혼합하여 형성한 다공질 비드형 오일 흡착 및 분해제를 제공한다.

상기 고흡유성 단량체는 바람직하게는, 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리 스티렌(polystyrene), 폴리노르보렌(polynorborene) 및 이들의 유도체와, 장쇄 알킬 메타크릴레이트(long-chain alkyl methacrylate), 장쇄 알킬 아크릴레이트(long-chain alkyl acrylate) 및 이들의 유도체이다.

상기 광촉매는 바람직하게는, 금속 또는 이온이 첨가되거나 첨가되지 않은 균일계 촉매 또는 불균일계 촉매이다.

본 발명에 따른 다공질 비드형의 오일 흡착 및 분해제는 직경이 약 5 내지 50mm일 때 바람직하다.

본 발명에 사용된 지지체로는 고흡유성 단량체를 가교시켜 얻은 고분자 물질 등의 유기계 물질을 사용하거나, Al₂O₃나 SiO₂를 포함한 무기계 물질을 유기물과 혼합한 무기-유기 혼합물질을 사용할 수 있다.

본 발명에 사용된 광촉매로는 산화-환원 반응을 일으킨다고 알려진 모든 종류의 광촉매 물질을 사용할 수 있다. 즉, Ru(bipy)₃ ²⁺, 금속 포르피린과 같은 염료 또는 금속착화합물 등의 균일계 촉매, 반도체 물질로 Si, Ge과 같은 결합성 반도체, 또는 CdS나 TiO₂ 등의 금속산화물인 이온결합성 반도체 물질 등의 불균일계 촉매, 및 기존의 촉매에 금속이나 이온이 첨가된 형태나 층상 페로브스카이트(Perovskite)형태 등 모든 종류의 촉매를 사용할 수 있다.

상기 광촉매를 지지체에 고정화시키는 방법은 지지체 원료물질과 광촉매를 혼합한 상태에서 직경이 5 내지 50mm 정도의 다공질의 비드를 형성하여 사용한다. 지지체의 외부에만 광촉매를 코팅하는 경우 내부의 지지체 물질은 완전히 분해되지 않아 2차 오염물질을 형성하는 단점이 있다. 그러나 이 방법으로 제조한 경우 광촉매가 지지체 내에 균일하게 도포되어 있으므로 지지체의 크기가 커도 2차 오염물을 발생시키지 않고 유출된 오일을 흡착하여 분해가 가능하다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 다공질 비드형 오일 흡착 및 분해제의 구조를 개략적으로 도시한 모식도이다.

1번 물질은 지지체를 나타낸다. 상기 지지체는 고흡유성 물질로서, 오일을 흡유하여 팽윤된다. 이때, 자신의 무게에 대한 흡유후 오일을 포함한 무게의 비가 10 이상이 되는 고흡유성 유기고분자들이 바람직하며, 보다 바람직하게는, 폴리프로필렌계, 플로스티렌계, 폴리노르보렌계, 장쇄 알킬 메타크릴레이트계 또는 장쇄 알킬 아크릴레이트계 고분자 등이 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 고흡유성 지지체로 상기 유기계 고분자들에 무기물이 혼합된 형태의 지지체가 사용될 수 있는 바, 이때 무기물로는 SiO₂나 Al₂O₃가 바람직하다.

2번 물질은 광촉매를 나타낸다. 상기 광촉매로는 산화-환원 반응을 수행할 수 있는 모든 종류의 광촉매가 사용될 수 있으나, 도 1에 도시된 형태와 같은 다공질 비드형의 오일 흡착 및 분해제를 제조할 수 있는 물성을 갖는 광촉매이어야 한다. 따라서, 1번 지지체와 혼합되어 비드 제작이 가능한 정도의 친화성(compatibility)을 가진 광촉매를 사용한다. 만일 고흡유성 물질과의 친화성 이 낮은 광촉매를 사용한다면, 광촉매 물질이 비드안에 균일하게 분포하게 되지 않으며 광촉매 물질끼리 서로 뭉치는(agglomerate) 현상이 발생하게 되므로, 결국 태양광에 의해 오일이 흡착된 지지체가 완전히 분해될 수 없게 되는 한편, 잔존하는 지지체로 인해 2차 오염현상이 발생될 수 있다. 그외 3번은 본 발명의 비드형 오일 흡착 및 분해제의 내부에 형성된 포어(pore)를 나타낸다.

도 2는 본 발명의 오일 흡착 및 분해제가 해양에 유출된 오일을 흡유하고, 이후 오일 흡착 및 분해제에 포함된 광촉매의 작용으로 태양광에 의해 흡착된 오일 및 지지체 등이 산화-환원 과정을 통해 완전히 분해되는 과정을 도식화한 모식도이다.

도 2 a는 오일이 바다에 유출된 상태를 나타낸 것이며, 도 2 b는 오염된 바다에 본 발명의 오일 흡착 및 분해제를 투여한 상태를 나타낸다. 도 2 c는 일정 시간이 지나 상기 오일 흡착 및 분해제가 주변의 오일을 다 흡유하여 팽윤된 상태를 모식화한 것이다. 그 후, 도 2 d에 도시된 바와 같이 흡유된 오일이 태양광을 이용해 광촉매를 통한 산화-환원 반응이 진행됨으로써 이산화탄소(CO₂)와 물(H₂O)로 분해된다. 도 2 e는 오일에 이어 고흡유성 물질로 이루어진 지지체 역시 광촉매의 산화-환원 반응을 통해 분해되어 점점 작아지는 상태를 도식화한 도면이며, 마지막으로 도 2 f는 오일과 고흡유성 물질이 완전히 분해되어 제거된 바다의 상태를 나타낸 것이다.

상기 본 발명의 오일 흡수 및 분해제를 통한 오일 제거 방법은 종래 단순히 흡유성 물질을 이용하여 오일을 제거하는 방법과 비교하여 볼 때 도 2 a 내지 도 2 c까지 동일한 과정을 거치게 됨을 알 수 있다. 그러나, 종래 기술은 흡유에 의해 팽윤된 비드를 별도의 과정을 통해 회수하여야 하며, 상기 회수된 비드를 다시 처리하는 과정을 거쳐야 한다. 그러나 본 발명에 의하면 어려운 회수 과정과 별도의 처리 과정 없이, 2차 오염을 일으키지 않으면서 유출된 오일을 완전히 제거할 수 있다.

본 발명은 유출된 기름을 복잡한 과정으로 처리하던 종래 해양 오염 처리방법에 광촉매 원리를 도입하여 많은 과정을 단축시켜 매우 경제적인 동시에 2차 오염원을 발생하지 않는 오일 흡수 및 분해제를 제공하며, 이의 사용을 통해 친환경적인 청정기술을 제공할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.

Claims (4)

1. 고흡유성 단량체로부터 얻어진 유기물, 또는 고흡유성 단량체로부터 얻어진 유기물과 Al₂O₃ 또는 SiO₂로 구성된 무기물의 혼합물로 이루어진 지지체; 및,

   산화-환원 반응을 일으키는 광촉매를 균일하게 혼합하여 형성한 다공질 비드형 오일 흡착 및 분해제.
2. 제1항에 있어서, 상기 고흡유성 단량체는 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리노르보렌 및 이들의 유도체와, 장쇄 알킬 메타크릴레이트, 장쇄 알킬 아크릴레이트 및 이들의 유도체임을 특징으로 하는 다공질 비드형 오일 흡착 및 분해제.
3. 제1항에 있어서, 상기 광촉매는 금속 또는 이온이 첨가되거나 첨가되지 않은 균일계 촉매 또는 불균일계 광촉매임을 특징으로 하는 다공질 비드형 오일 흡착 및 분해제.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다공질 비드형 오일 흡착 및 분해제는 직경이 약 5 내지 50mm임을 특징으로 하는 다공질 비드형 오일 흡착 및 분해제.

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