지원사업
학술연구/단체지원/교육 등 연구자 활동을 지속하도록 DBpia가 지원하고 있어요.
커뮤니티
연구자들이 자신의 연구와 전문성을 널리 알리고, 새로운 협력의 기회를 만들 수 있는 네트워킹 공간이에요.
논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 장인성
- 발행연도
- 2021
- 저작권
- 호서대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수13
이 논문의 연구 히스토리 (4)
2021
- 이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
- 연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
- 이 논문의 연구 히스토리 확인하기
초록· 키워드
오류제보하기
경수에 의한 상수관로, 용수처리 시설, 열교환기 및 냉각탑 또는 보일러 배관 내의 스케일 형성은 통수 능력 및 열전달 효율을 저하시켜 불필요한 에너지 손실의 원인이 되며 스케일을 제거하기 위한 장비의 유지관리 비용을 증가시키는 문제점이 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해 스케일 형성의 주된 요인인 Ca2+, Mg2+ 등의 이온을 사전에 제거하기 위한 연수화 또는 탈염공정을 수행해야 한다. 일반적으로 연수화 공정은 크게 물리적 공정과 화학적 공정으로 나눌 수 있다. 그러나 물리적 처리는 에너지 소비가 크며, 화학적 처리는 2차 오염의 우려가 있고 화학약품의 이송, 저장, 취급 및 사용에 대한 안전비용이 추가된다. 따라서 물리, 화학적 연수화 공정의 단점을 보완할 수 있는 대체 탈염 기술의 개발이 필요하다.
본 연구에서는 고전압 임펄스 (High voltage impulse, HVI) 기술을 탈염 기술의 일환으로 사용하였다. HVI 기술은 kV 이상의 고전압을 ns ∼ μs 단위로 방전시켜 전기장을 형성시키는 기술이다. 즉, HVI를 이용해 경수 중에 존재하는 Ca2+ 이온을 CaCO3로 석출시키는 탈염 기술로 활용하고자 하였다.
HVI를 경수에 인가하여 Ca2+ 이온이 CaCO3로 석출되는 것을 관찰하였다. 인가전압은 0 ∼ 15kV, 온도는 25 ∼ 70℃로 변화시켰으며 Ca2+ 농도는 이온크로마토그래피를 사용해 측정하였다.
HVI를 인가하지 않은 경우의 Ca2+ 농도는 25, 40, 60℃에서 21시간 후 초기농도대비 각각 29, 38, 46% 감소하였으며 같은 조건에서 15kV의 전압을 인가하였을 때 25, 40, 60℃에서 각각 53, 58, 81% 감소하였다. 이 결과를 통해 온도와 HVI 인가전압이 CaCO3 생성반응을 가속화 하는 인자인 것을 확인하였다.
CaCO3의 반응차수를 구하기 위해 Ca2+와 HCO3-의 부분 반응차수를 구하였으며 각각 1차 반응으로 나타났다. 즉, CaCO3 생성반응의 전체반응차수는 두 개의 이온이 각각 1차 반응인 2분자 2차 반응으로 나타났다. 이를 토대로 CaCO3 생성반응을 반응속도론 (kinetics)에 의거하여 해석하고 반응속도 상수 k를 구하였다. 이때 반응속도 상수 k는 온도가 증가할수록, 인가전압이 증가할수록 커졌다. 예를 들면, 25℃, 15kV에서의 반응속도 상수 k는 대조군에 비해 약 2.7배 커졌으며 60℃, 15kV 조건에서의 반응속도 상수 k는 대조군에 비해 약 3.8배 커졌다.
Ca2+ 이온의 농도 감소율에 대한 전계 (E)와 접촉시간 (t)의 상관관계식을 온도별로 도출하였다. 25℃의 경우 E0.83ㆍt = 64.7, 40℃의 경우 E0.91ㆍt = 61.6, 60℃의 경우 E0.08ㆍt = 1.1 으로 나타났다. 이 식은 Ca2+ 농도가 30% 감소할 때 필요한 전계 (E)와 접촉시간 (t)를 정량적으로 나타낸 식이다.
반응속도 상수 k의 온도에 의한 영향을 알아보기 위해 아레니우스 식을 활용하여 반응속도 상수 k와 온도의 상관관계식을 도출하였다. 활성화 에너지 (Ea)와 충돌빈도 계수 (A)는 5kV일 때 26.02 kJ/mol, 658.79 hr-1로 가장 크며 대조군에서 10.49 kJ/mol, 0.959 hr-1로 가장 작았다. 위 상관관계식을 kT1 = kT2θ^(T1-T2)와 같이 간단하게 표현하기 위해 온도상수 θ를 구했으며, θ는 1.01과 1.04 사이의 값을 보였다.
본 연구에서는 고전압 임펄스 (High voltage impulse, HVI) 기술을 탈염 기술의 일환으로 사용하였다. HVI 기술은 kV 이상의 고전압을 ns ∼ μs 단위로 방전시켜 전기장을 형성시키는 기술이다. 즉, HVI를 이용해 경수 중에 존재하는 Ca2+ 이온을 CaCO3로 석출시키는 탈염 기술로 활용하고자 하였다.
HVI를 경수에 인가하여 Ca2+ 이온이 CaCO3로 석출되는 것을 관찰하였다. 인가전압은 0 ∼ 15kV, 온도는 25 ∼ 70℃로 변화시켰으며 Ca2+ 농도는 이온크로마토그래피를 사용해 측정하였다.
HVI를 인가하지 않은 경우의 Ca2+ 농도는 25, 40, 60℃에서 21시간 후 초기농도대비 각각 29, 38, 46% 감소하였으며 같은 조건에서 15kV의 전압을 인가하였을 때 25, 40, 60℃에서 각각 53, 58, 81% 감소하였다. 이 결과를 통해 온도와 HVI 인가전압이 CaCO3 생성반응을 가속화 하는 인자인 것을 확인하였다.
CaCO3의 반응차수를 구하기 위해 Ca2+와 HCO3-의 부분 반응차수를 구하였으며 각각 1차 반응으로 나타났다. 즉, CaCO3 생성반응의 전체반응차수는 두 개의 이온이 각각 1차 반응인 2분자 2차 반응으로 나타났다. 이를 토대로 CaCO3 생성반응을 반응속도론 (kinetics)에 의거하여 해석하고 반응속도 상수 k를 구하였다. 이때 반응속도 상수 k는 온도가 증가할수록, 인가전압이 증가할수록 커졌다. 예를 들면, 25℃, 15kV에서의 반응속도 상수 k는 대조군에 비해 약 2.7배 커졌으며 60℃, 15kV 조건에서의 반응속도 상수 k는 대조군에 비해 약 3.8배 커졌다.
Ca2+ 이온의 농도 감소율에 대한 전계 (E)와 접촉시간 (t)의 상관관계식을 온도별로 도출하였다. 25℃의 경우 E0.83ㆍt = 64.7, 40℃의 경우 E0.91ㆍt = 61.6, 60℃의 경우 E0.08ㆍt = 1.1 으로 나타났다. 이 식은 Ca2+ 농도가 30% 감소할 때 필요한 전계 (E)와 접촉시간 (t)를 정량적으로 나타낸 식이다.
반응속도 상수 k의 온도에 의한 영향을 알아보기 위해 아레니우스 식을 활용하여 반응속도 상수 k와 온도의 상관관계식을 도출하였다. 활성화 에너지 (Ea)와 충돌빈도 계수 (A)는 5kV일 때 26.02 kJ/mol, 658.79 hr-1로 가장 크며 대조군에서 10.49 kJ/mol, 0.959 hr-1로 가장 작았다. 위 상관관계식을 kT1 = kT2θ^(T1-T2)와 같이 간단하게 표현하기 위해 온도상수 θ를 구했으며, θ는 1.01과 1.04 사이의 값을 보였다.
목차
등록된 정보가 없습니다.
최근 본 자료
댓글(0)
0