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박가연 ( Ga-yeon Park ),우지오 ( Ji-o Woo ),이상우 ( Xiang-yu Li ),나춘기 ( Choon-ki Na ) 한국폐기물자원순환학회(구 한국폐기물학회) 2021 한국폐기물자원순환학회 춘계학술발표논문집 Vol.2021 No.-
플라스틱은 기능성, 편리성, 경제성을 지닌 우수한 재질로 우리 산업은 물론 생활 전반에 걸쳐 폭넓게 사용되고 있으며, 그 사용량이 매년 증가하는 추세이다. 우리나라의 폐플라스틱 발생량은 2017년도 전국 폐기물 발생 및 처리현황에 따르면 2016년 기준 7,104천톤으로 1인당 131.2 kg에 달하였다. 발생한 폐플라스틱 중 4,319천톤이 재활용되었고 2,421천톤이 소각처리, 365천톤은 매립처분 되고 있는 것으로 파악되었다. 최근 코로나 확산으로 일회용품의 사용이 증가함에 따라 플라스틱 생활 폐기물의 발생량도 크게 증가하였다. 환경부에 따르면 2020년 플라스틱 생활 폐기물은 지난해 대비 14.6% 증가한 것으로 나타났다. 우리나라 폐플라스틱 재활용율은 30% 전후로 추정되고 있다. 이는 투명 페트병을 제외한 플라스틱류 대부분은 재활용되지 못하고 소각되거나 매립되고 있기 때문이다. 특히 병뚜껑이나 도시락용 소형 반찬통처럼 너무 작거나 검은색인 경우 아예 재활용 플라스틱류에서 제외되고 있어 이에 대한 적정 처분대책이 시급한 실정이다. 본 연구에서는 폐플라스틱을 환경소재로 재활용하는 방법으로 다량 발생하면서도 재활용되지 않고 대부분 버려지고 있는 테이크아웃 커피 컵(종이)의 뚜껑을 이용하여 섬유상 흡착제를 제조하고 그 성능을 평가하여 보았다. 커피 컵 뚜껑의 재질은 열가소성인 폴리스티렌으로 열을 가해 필름상이나 섬유상으로 가공할 수 있다. 본 연구에서는 용융방사법을 이용하여 폴리스티렌 컵 뚜껑을 섬유로 가공하고 이를 클로로황산(ClSO<sub>3</sub>H)과 반응시켜 그 표면에 술폰산기를 도입시키는 방법으로 양이온 흡착기능을 갖는 섬유상 흡착제를 제조하였다. 폴리스티렌 컵 뚜껑을 잘게 파쇄한 후 245±5℃의 조건에서 폴리스티렌 섬유를 제조하고, 이를 클로로황산에 침적하고 상온에서 술폰화 반응을 유도하였다. 술폰화 반응은 매우 격렬한 반응으로 10분 이내에 반응이 거의 종결되었으나 반응시간별 술폰화 폴리스티렌 섬유의 암모니아(NH<sup>4+</sup>) 흡착능을 평가한 결과 폴리스티렌 섬유 표면의 최대 술폰화는 반응시간 30분 정도에서 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 술폰화 폴리스티렌 섬유의 암모니아 및 구리(Cu<sup>2+</sup>) 흡착능은 각각 ≥55 mg/g 및 ≥67 mg/g으로 사용의 양이온 교환수지보다 높았다. 특히 술폰화 폴리스티렌 섬유는 입상인 이온교환수지에 비해 비표면적이 넓고 흡착속도가 빨라 고정층 컬럼을 이용하는 연속 흡착공정에서 상대적으로 빠른 공탑속도 조건에 운전할 수 있어 소규모 공정으로도 다량의 폐수를 처리할 수 있다는 장점을 갖는다. 또한 술폰화 폴리스티렌 섬유는 섬유상 필터 형태로서 활용은 물론 직포나 부직포 등 다양한 형태로 가공할 수 있어 매우 폭넓은 범위에서 활용될 수 있는 흡착기능성 섬유 소재이다. 더 나아가 폴리스티렌 섬유는 클로로화 반응과 아민화 반응을 통해 음이온 흡착기능성을 아민화 폴리스티렌 섬유를 제조 할 수 있는 등 폐 폴리스틸렌 용기의 고부가가치 재활용 가능성을 보여주고 있다.
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