폐달걀껍질의 활용을 위한 물성조사 및 폐수처리 응용에의 기초연구

Materialistic Characterization of Waste Egg Shell and Fundamental Studies for Its Application to Wastewater Treatment

일상에서 그대로 폐기되고 있는 달걀껍질을 폐수처리에 이용하기 위하여 물성조사와 기초적인 흡착 및 중화실험을 수행하였다. 달걀껍질의 특성파악 및 온도에 따른 물성 변화를 검토하기 위하여 각각 $105^{\circ}C$와 $700^{\circ}C$에서 처리한 시료의 용도에 따른 구조변화를 FT-IR 분석법 및 X-선 회절법을 이용하여 검토하였다. FT-IR 분석결과, $700^{\circ}C$에서 달걀껍질의 주성분인 $CaCO_3$의 열분해에 따른 $CO_2$의 방출로 인해 $105^{\circ}C$의 경우와는 달리 C-O absorption band 의 감소가 관찰되었고, X-선 회절분석에서는 $700^{\circ}C$에서는 $105^{\circ}C$의 경우와 거의 유사한 $CaCO_3$ 특성 peak가 나타났으며 $CaCO_3$가 CaO로 완전히 전환되는 온도인 $850^{\circ}C$에서 처리한 시료에 대해 CaO 특성 회절스펙트럼이 관찰되었다. TGA/DTA 분석에 있어서는 약 $600^{\circ}C$에 이르기까지는 무게 감량이 서서히 진행되다가 $600{\sim}800^{\circ}C$의 온도범위에서 무게감량이 급격히 진행되었으며 그 이상의 온도에서는 무게감량이 더 이상 진행되지 않았다. 또한, 무게감량이 급격히 진행되는 온도구간에서 주된 흡열 peak가 형성되어 $CO_2$ 방출에 따른 열적 특성이 파악되었다. 달걀껍질의 고정층에 의한 연속흡착 실험 결과, 파과시간의 비, 총괄 이동 단위수, 그리고 물질전달계수 등이 column이 진행됨에 따라 그 값이 증가함이 관찰되어 연속흡착에 따른 물질전달의 분배효과를 관찰할 수 있었다. 산성폐수에 대한 중화효과의 경우에 있어서는 각 무기산의 경우 상호 유사한 경향이 나타났으나 $H_2SO_4$의 경우 중화산물인 $CaSO_4$의 형성으로 인해 중화효과가 감소되는 것으로 사료되었다.

Fundamental materialistic characterization and adsorption/neutralization behavior of waste egg shell for heavy metal ion have been studied for its application to wastewater treatment. To investigate the structural change and thermal decomposition characteristics of egg shell. X-ray diffraction and FT-IR analysis were conducted for egg shell treated at $105^{\circ}C$ and $700^{\circ}C$, respectively. For the result of FT-IR analysis, the sample treated at $700^{\circ}C$ showed a reduced C-O absorption band compared with that of egg shell treated at $105^{\circ}C$, which may be due to the $CO_2$ release. Unlike to the result of FT-IR analysis, the XRD patterns of egg shell were almost similar for the cases of $105^{\circ}C$ and $700^{\circ}C$ treatment. however, characteristic diffraction pattern of CaO was observed for $850^{\circ}C$ treatment, at which $CaCO_3$ is known to be completely converted to CaO. TGA/DTA analysis showed a slow decline in weight loss up to $600^{\circ}C$ and, for $600{\sim}800^{\circ}C$ range, the weight loss became drastic by reason of $CO_2$ discharge, which was accompanied by an appearance of major endothermic peak. The ratio of practical breakthrough time to ideal one, total transfer unit, and mass transfer coefficient were observed to be increased as the adsorption was progressed in a multiple-column fixed-bed reactor using egg shell as an adsorbent, which signified the distribution effect of mass transfer for continuous adsorption reaction. The neutralization effect of egg shell for several types of acidic wastewater made of different mineral acids was not much different from each other except for the case of $H_2SO_4$, for which the neutralization reaction was thought to be retarded by the formation of gypsum.