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부유선별 기법을 적용한 청정에너지로서의 Clean Coal 제조에 대한 연구

2021-06-14T09:01:55Z

Title: 부유선별 기법을 적용한 청정에너지로서의 Clean Coal 제조에 대한 연구 Ewha Authors: 유정민 Abstract: Coal(석탄)은 우리나라가 다량 보유하고 있는 화석 연료로서 석유나 가스와 같은 다른 화석에너지에 비해 매장량이 풍부하여 공급이 안정적이고, 지역적인 편재가 심하지 않으며 경제성이 중장기적으로 우수하여 지금과 같은 고유가 시대에 수입 에너지를 대체할 수 있는 대안 중 하나이다. 그러나 장기적인 에너지 공급을 위해서는 연소 시 혹은 연소 후 발생되는 대기오염 근원 물질을 제거하여 clean coal을 이용할 수 있는 기술 개발이 뒤따라야 한다. 본 연구에서는 coal 중 환경오염물질인 황성분과 순수한 coal을 분리하여 clean coal을 얻는 기술을 고찰하기 위해 coal과 coal에 존재하는 중요한 황 함유 물질인 pyrite(황철석)를 대상으로 접촉각 측정실험과 부유선별 실험을 수행함으로써 표면 특성을 파악하였다. 부유선별과 직접적으로 연관되는 기초연구로서 coal과 pyrite의 표면 접촉각을 측정하여 이들의 부유 특성을 조사하였으며 이러한 접촉각 측정 결과로부터 coal과 pyrite의 Zisman plot을 구성하여 부유 선별에 관한 표면 특성을 파악하였다. 또한 포수제 및 산화제, 환원제의 종류, 농도, 시간을 변수로 접촉각을 측정하여 시약 첨가에 따른 표면 특성 변화를 살펴보았다. 접촉각 측정을 통해 고찰한 coal의 표면 특성과 실제 부유선별 효율을 비교 분석하기 위해 coal을 분쇄하여 부유선별 실험을 수행하였다. 실험실 규모의 부유선별기를 제작하여 사용하였고, 부유선별 실험을 수행할 때에 pH, coal의 입자크기, 포수제의 종류 및 conditioning time, 산화제의 영향 등을 고려하였으며 zeta potential 측정과 분석을 통해 시약첨가와 pH에 따른 coal의 입자 거동을 파악하였다. 접촉각 측정 결과를 토대로 coal과 pyrite의 Zisman plot을 구성하였으며, 그 결과 임계표면장력은 coal(12.102 dynes/cm)이 pyrite(18.945 dynes/cm)보다 낮은 값을 나타내 coal이 pyrite보다 부유선별 가능 영역이 넓은 것으로 확인되었다. 산화제의 종류와 농도를 다르게 하여 coal과 pyrite의 접촉각 변화를 시간에 따라 관찰한 결과, coal은 KMnO4에 의한 산화와 그에 따른 접촉각의 감소가 나타났으나 그 정도가 크지 않은 반면, pyrite에서는 그 현상이 뚜렷이 나타났으며 KMnO4의 농도가 10-3 M 이상일 때 충분한 접촉각 감소 및 친수성 증가가 일어나는 것으로 평가되었다. coal과 pyrite 두 시료 모두 H2O2에 의한 표면변화는 미미하였고, ascorbic acid에 의한 환원과 접촉각 증가가 pyrite 표면에서 나타났으며 coal의 표면에서 크게 나타나지 않았다. Coal과 pyrite의 접촉각에 미치는 포수제의 영향을 관찰한 결과, DDA에 의한 coal의 접촉각 증가가 pyrite에 비해 뚜렷하게 크게 나타났고, SDS에 의한 coal과 pyrite의 접촉각 증가 정도의 차이는 크지 않았다. 부유선별 실험을 수행한 결과, 120~ 160 μm coal의 부유선별 회수율이 가장 뛰어났으며 120 μm 보다 작은 입자크기의 coal은 입자크기가 작아질수록 부유선별 회수율이 상대적으로 감소하고, 160 μm 이상의 coal은 회수율이 크게 떨어지는 것을 확인하였다. KMnO4 처리에 따른 표면 산화에 의해 coal의 부유선별 회수율이 어느 정도 감소하지만 접촉각의 감소와 비슷한 양상이며, pyrite와 친수성 차이가 큰 2일 동안의 산화는 분리 효율이 클 것으로 사료된다. Kerosene, DDA, SDS 세 종류의 포수제에 conditioning 후 coal의 부유선별 실험 결과, conditioning time 5분에서 대체로 최대의 효율을 관찰할 수 있었으며, kerosene에 의한 coal 회수율이 가장 뛰어났고, 접촉각 측정에서 관찰한 결과와 마찬가지로 DDA의 효과가 SDS보다 월등한 것을 확인하였다. SDS의 pH를 2, 4, 6, 8, 10, 12로 조절하여 부유선별 실험을 수행했을 때 pH에 따라 SDS 부유선별 회수율의 차이가 크게 나타났으며, pH 4에서 뛰어나게 가장 높았고, pH 8 이상으로 커지면 회수율이 크게 낮아지는 경향을 볼 수 있었다. coal의 pH 별 zeta potential을 측정한 결과, 전체 pH 영역에서 양의 값을 나타냈으며 이는 음이온 포수제의 영향을 크게 받을 수 있음을 의미한다. 또한 pH 4에서 가장 큰 값을 나타냈고, pH 8일 때 상대적으로 크게 낮아졌으며 pH에 의한 전체적인 zeta potential의 변화양상은 음이온 포수제인 SDS의 pH에 따른 coal 부유선별 회수율 변화 양상과 매우 흡사하였다. 본 연구의 결과는 부유 선별에 의한 clean coal 회수에 있어 의미 있는 자료로 활용될 수 있으며 표면 특성 변화를 통한 물질의 처리와 회수에 있어 중요한 기초개념을 제공할 수 있을 것이라 기대된다.;The purpose of this study is to investigate the characteristics of surface changes of coal and pyrite in order to confirm the possibility of removal of sulfidel and obtaining clean coal by flotation. In this study, contact angle measurement for investigating the characteristics of surface changes and flotation that is appropriate for separating of coal and pyrite were applied with the variation in kinds and quantity of reagents. Coal used in all the experiments was an anthracite coal obtained from Yeongwol coal field and pyrite was purchased from Wards Natural Science Establish, USA. To evaluate the change of contact angle of coal and pyrite Theta lite( Attension by KSV) was used. The critical surface tensions of coal and pyrite were estimated to be 12.102 dynes/cm and 18.945 dynes/cm based on Zisman plot. A laboratory scale flotation system was for coal flotation test. When coal samples of 120~160 μm particle size were applied the flotation recovery was highest. The influence of oxidation on the surface hydrophilicity of coal and pyrite was investigated using KMnO4 and H2O2 as an oxidizing agent. As a result of contact angle measurement, the case using KMnO4 obtained the result of decrease in contact angle of coal and pyrite and the degree of decline of pyrite was far larger than coal. The measurement using H2O2 obtained the result of little surface change of both coal and pyrite. As a result of flotation, using oxidizing agent KMnO4 had very little effect on coal flotation recovery when conditioning for 2 days. In order to select the proper collector which increase hydrophobicity of coal for the flotation of coal, the contact angles of coal and pyrite immersed in collectors; DDA(dodecyl amine) and SDS(sodium dodecyl sulfate) were measured. As a result, contact angle of coal increased distinctly larger than contact angle of pyrite by DDA and the difference between contact angle change of coal and pyrite by SDS was very slight. Flotation tests were carried out by using various collectors; kerosene, DDA, and SDS. Kerosene was most efficient collector for coal flotation and DDA was more efficient than SDS as the result of contact angle measurement showed. When measuring the zeta potential of coal, zeta potential values of coal were positive on the whole range of pH and the value was highest at pH 4. Therefore, in this study the possibility of separation of pyrite from coal by making a difference between their characteristics of surfaces was confirmed. Also, a correlation of contact angle increase and flotation recovery was confirmed. The fundamental information obtained in this study will be useful not only for improving coal cleaning efficiencies during the pre-processing of clean coal technology but for the recovery of materials by using the physical/chemical characteristics of particle surface.

토지피복과 노드 유형에 따른 국내 고속도로 야생동물 로드킬 현황과 분석

2021-06-14T09:01:55Z

Title: 토지피복과 노드 유형에 따른 국내 고속도로 야생동물 로드킬 현황과 분석 Ewha Authors: 변예슬 Abstract: 본 연구는 우리나라 고속도로에서 발생하는 야생동물 교통사고 로드킬을 주제로 로드킬 발생과 연관성을 갖는 요인변수와 로드킬 저감 시설물에 관한 분석을 통하여 종별로 차별화된 로드킬 예방 관리기법을 모색하였다. 먼저 2007년부터 2012년까지 전국 30개 노선 고속도로와 포유류 8종을 대상으로 노선별, 종별 일반적 로드킬 현황을 분석하였다. 다음 영동고속도로와 중부고속도의 주요 로드킬 희생종을 대상으로 하여 포유류 로드킬과 연관성을 갖는 변수로 총 세 가지, 토지피복 유형, 도로 노드 유형, 계절별 차이를 설정하고 토지피복과 도로 노드 유형은 Arcview GIS를 이용하여 분석하였고 계절별 요인을 포함하여 모든 요인 변수는 SPSS의 교차분석법과 Monte Carlo 독립성 검정을 하여 로드킬과 각 변수들간 관련성을 검정하였다. 전국 30개 노선을 대상으로 분석한 일반적 로드킬 현황의 결과로 중부선, 중앙선, 경부선, 서해안선, 영동선이 포유류 전체 로드킬 누적 합이 높은 노선으로 밝혀졌고 이들은 모두 도로 총 길이가 길고 통행 차량대수가 다른 노선에 비해 월등히 높은 노선이라는 공통점이 있었다. 또한 2007년 이후로 고라니와 오소리를 제외한 다른 포유류종의 로드킬 빈도율은 감소하는 추세를 보였다. 영동고속도로와 중부고속도로를 대상으로 세 가지 요인 변수를 분석한 결과는 다음과 같다. 토지피복의 경우 두 노선 모두 나지와 초지 인근 도로에서 로드킬이 가장 많이 발생하였고 특히 각 종별 서식특성에 따라 서로 다른 로드킬 다발 토지피복 유형이 도출되었다. 또한 영동고속도로는 종별 로드킬 다발 토지 유형의 차이가 없었던 반면 (P > 0.05), 중부고속도로는 종별 차이의 유의성이 도출되었는데 (P <0.05) 이는 영동고속도는 개통된지 오래된 노선으로 개통 후 지속적인 신규 연장공사가 이루어졌던 중부고속도로에 비해 관목림과 같은 식생이 잘 발달되어 있고 야생동물의 서식지 단절 적응도가 높아져 도로 출현 패턴에 일관성이 높아진 것에서 비롯된 결과로 사료된다. 차량의 주행속도가 감소하는 속성 변화점인 노드의 여러 유형을 요인변수로 두고 로드킬과의 관련성을 분석한 결과, 영동고속도로와 중부고속도로 모두 종별에 따른 로드킬 발생의 차이가 유의한 것 (P <0.05)으로 나타났다. 노드 유형 중 모든 포유류 종이 입체교차로(IC)와 평면교차로(JC) 부근에서 가장 높은 로드킬 빈도를 보였는데 이러한 결과는 도로 주변 유도 펜스의 설치 및 연장의 현황과 야생동물이 도로로 진입하기 용이한 절ㆍ성토면의 유무에 따른 결과에서 비롯된 것으로 사료된다. 세 번째 요인 변수인 계절별 분석에서도 계절 변수의 유의성이 검정되었는데 (P <0.05) 이를 통하여 종별 먹이활동에 따른 서로 다른 로드킬 발생의 계절적 차이를 확인할 수 있었다. 그러나 대체적으로 봄과 여름철에 높은 로드킬 빈도를 보였는데 이는 번식기인 봄철에 어린 개체군의 로드킬 증가와 활동범위가 넓어지는 여름철 포유류의 서식활동으로 로드킬 빈도가 증가하는 것에서 비롯된 결과로 사료된다. 본 연구는 로드킬의 주요 희생종을 알아보고 로드킬이 빈번하게 발생하는 지점의 토지이용과 도로구조의 특성을 밝혀냄으로써 향후 개체군 밀도의 확인 작업이 함께 이루어진다면 도로의 생태통로와 펜스의 보완작업, 계획 도로에 대한 노선 설계 및 변경, 도로 건설 작업의 환경영향평가 등에 기초자료로 활용될 수 있다는데 그 의의가 있다.;Transportation infrastructure affects the structure of ecosystems and has direct effects on species composition. Clearly, expressway has a different driving environment unlike other type of roads and results in direct destruction or indirect ecological effects on the landscapes that they penetrate. The goal of this study is to assess the frequency and distribution of wildlife roadkill from 2007 to 2012 by each mammal species on Yeong-dong and Jung-bu expressway with the roadkill database of Korea Expressway Corporation. In this study I set up 3 major variables which would influence wildlife roadkill; land cover type, node type, and season. Over 101.28~150km of Yeong-dong expressway (starting point: Seo-chang) and 21.1~59.1km and 189~211km of Jung-bu expressway (starting point: Tong-yeong) were surveyed and 3 species were analyzed in Yeong-dong and 4 species in Jung-bu with Arcview GIS and SPSS in terms of land cover and node type. For a season analysis 8 species were analyzed with SPSS. In both Yeong-dong and Jung-bu expressway, roadkills of chinese water deer (Hydropotes inermis), raccoon dog (Nyctereutes procyonoides), korean hare (Lepus sinensis coreanus) and leopard cat (Prionailurus bengalensis) were more likely to occur in barren and pasture areas. While independence test of land cover type near Yeong-dong showed no big difference by each species (P >0.05), land cover type near Jung-bu showed significant difference by species (P < 0.05). This different results might be caused by physical and ecological effects; Yoeng-dong is 37 years old road which has enabled species to get familiar with habitat fragmentation by road and to take consistent route while Jungbu with 8 times of extension constructions might be continuing interruptions to consistent road crossing for species. About road node type, Yeong-dong and Jung-bu showed significant difference in roadkill occurrence of each species (both P <0.05) but crossroad including interchange and junction was the most frequent roadkill spot of overall mammal species. This might be resulted from the fence’s status on either side of the road. Finally season distribution of all 8 species varies (P <0.05) but most of roadkill occurred in spring and summer in which breeding and foraging reach the highest rate. In order to reduce wildlife roadkill on expressway, it is necessary to construct roadkill mitigation structure in barren and pasture areas in terms of land cover type and crossroad areas in terms of node type as well as focusing frequent roadkill sites of big animals like Korean water deer which may cause fatal accidents on the road or the endangered species like leopard cat.