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플라스틱과 무기성 폐기물을 이용한 탄소-철 복합체 및 합성가스 생산
권기훈 ( Gihoon Kwon ),박주영 ( Ju-yeong-park ),송호철 ( Hocheol Song ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-
플라스틱은 생산단가가 낮고 활용범위가 넓어 실생활과 산업 전반의 다양한 분야에서 널리 사용되고 있음. 플라스틱 사용량은 매년 증가하고 있으며 2018년에는 3억6천톤에 달하는 플라스틱이 생산됨(Statista report 2020. 특히, 코로나19로 인해 비대면 문화 확산으로 1회용 용기사용이 급증하고 있으며 이로 인해 2020년 상반기 플라스틱 배출량은 전년 대비 18% 증가함. 플라스틱은 생분해성이 낮고 연소 중 염소, 산소와 결합하여 다이옥신과 같은 유독성 물질을 만들기 때문에 매립이나 소각등 기존의 폐기물 처리공정으로 처리하는 데에는 한계가 있음. 지금까지는 주로 중국이나 필리핀으로의 수출을 통해 많은 양의 플라스틱을 처리해 왔으나 2021년 1월 1일부터 바젤협약 개정안(2019년 5월 채택)이 발효되어, 모든 폐플라스틱이 수출입 통제 대상 폐기물로 관리되게 됨. 이로 인해 단지 내 수집된 폐기물을 업자가 수거해가지 않으면서 플라스틱 폐기물에 대한 사회적 문제들이 대두되고 있음. 이러한 이유로 플라스틱을 효율적으로 처리하는 방안에 대한 연구들이 진행되고 있으며 그 중 플라스틱을 고부가가치 물질로 전환하려는 연구들이 주목을 받고 있음. 본 실험에서는 플라스틱의 열분해 공정에 무기성 자원(산업폐기물, 광물 등)을 사용하여 고체탄소의 수율을 높일 수 있는 연구를 수행함. 추가적으로 기존 플라스틱의 열분해 생성물인 합성가스의 수율에 미치는 영향을 조사함. 최종 물질은 탄소-철 복합체로서 다양한 공정에 활용될 수 있을 것으로 보임.
오렌지껍질 및 적니의 공동-열분해를 통한 금속-탄소 복합체 제조 및 이를 활용한 비소(V) 및 니켈(II)의 동시 처리
윤광석 ( Kwangsuk Yoon ),권기훈 ( Gihoon Kwon ),송호철 ( Hocheol Song ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2020 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2020 No.-
본 연구는 N<sub>2</sub>와 CO<sub>2</sub> 환경에서 산업폐기물인 적니와 음식물 쓰레기인 오렌지 껍질의 열분해를 통해 금속-탄소 복합체(N<sub>2</sub>C 및 CO<sub>2</sub>C)를 새롭게 제조하였다. 이 복합체의 제조 과정 중 합성가스(syngas) 발생량을 비교하였으며, 제조된 복합체를 활용하여 비소(V)와 니켈(II)의 공동-흡착 실험을 수행하였다. 열분해 과정 중 발생한 합성가스는 N<sub>2</sub> 환경보다 CO<sub>2</sub> 환경에서 더 많은 CO를 발생시킬 수 있다는 이점을 확인하였다. 또한, 제조된 복합체의 특성분석(Fe-SEM 및 BET, XRD, FT-IR) 결과, 두 종류의 복합체의 형상은 큰 차이가 없었지만, 적니 내의 철(Fe)상이 변한 것을 확인하였다(적니: Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, N<sub>2</sub>C: Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> 및 Fe<sup>0</sup>, CO<sub>2</sub>C: Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>). 흡착 실험의 경우 공동-흡착량과 비교하기 위해 비소(V)와 니켈(II)의 단일 흡착 실험도 함께 수행하였다. 단일 흡착 결과, 두 복합체의 흡착능은 유사했으며(N<sub>2</sub>C - As(V): 7.5 mg g<sup>-1</sup>, Ni(II): 16.2 mg g<sup>-1</sup>, CO<sub>2</sub>C - 비소(V): 5.6 mg g<sup>-1</sup>, 니켈(II): 15.1 mg g<sup>-1</sup>), 공동-흡착도 두 복합체의 흡착량은 유사했다. 하지만, 단일 흡착보다 공동-흡착에서 더 향상된 흡착능을 보여주었다. 예를 들어, CO<sub>2</sub>C의 경우 13.4 mg g<sup>-1</sup> 비소(V)와 17.6 mg g<sup>-1</sup> 니켈(II)의 흡착능이 관찰되었다. 이는 니켈(II)와 비소(V)가 복합화(complexation)에 의해 추가적인 제거가 일어난 것으로 추정된다. 따라서 본 연구의 전반적인 결과를 통해 CO<sub>2</sub> 열분해는 폐기물을 효율적인 환경 매체로 전환할 수 있는 실행 가능한 플랫폼을 제공할 수 있으며, CO<sub>2</sub> 열분해를 통해 제조된 복합체는 폐수 처리에서 실용적으로 큰 의미를 갖는 양이온성 및 음이온성 중금속을 동시에 처리 가능하다는 것을 증명하였다.