본 연구에서는 전기삼투 배수와 제타포텐셜과 상관성을 규명하고자 하였다. 실험으로 직경 10cm, 길이 16cm의 원형 압밀시료에 일정 전압경사법으로 1V/cm의 직류접압을 가하여 0, 500, 3000 ppm의 납농도와 0, 230, 2300, 23000 ppm의 염분농도에서 각각 12일 과 14일 동안 전지삼투 배수량을 측정하였고, 같은 농도에서 kaolinite 현탁액의 제타포텐셜을 pH2부터 14범위에서 측정하였다. 실험결과 제타포텐셜은 전해질 농도와 pH 변화에 의존적이고, 전기삼투 투수계수와 비례관계가 있음을 확인할 수 있었다. 제타포텐셜에 따른 전기삼투 배수량과 비교한 결과, 전해질 농도가 낮을수록 제타포텐셜은 음의 값은 크고, 전기삼투 배수량도 더 증가하였다.
본 연구에서는 시아노박테리아 배양액을 대상으로 여러 종류의 금속이온의 첨가에 의한 응집 및 응결 효과를 흡광도 또는 제타포텐셜 측정을 통하여 조사하였다. 흡광도 측정으로부터 얻은 시아노박테리아의 응결효율은 $Al^{3+}$>$La^{3+}$>$Ho^{3+}$>$Fe^{2+}$>$Ca^{2+}$ 순으로 높았으며, 특히 동일한 전하량을 갖는 +3가 금속이온의 경우, 응결 시 수반되는 금속 제거율을 측정한 결과, $Al^{3+}$>$La^{3+}$>$Ho^{3+}$ 순으로 응결효율과 상응하는 결과를 얻었다. 시아노박테리아의 제타포텐셜은 음의 값을 나타냈으며, 그 농도가 증가할수록 제타포텐셜 값도 증가하였다. 또한, 시아노박테리아 용액의 pH를 증가시킬 때 pH < 5.5 이하에서는 빠르게 제타포텐셜 값이 감소하였으나, $5.5{\leq}pH{\leq}10$ 범위에서는 거의 일정한 제타포텐셜 값($-46{\pm}1mV$)을 보였다. 일정한 시아노박테리아의 농도($A_{730}=0.25$)에서 금속이온의 농도에 따른 제타포텐셜 증가 효과는 $Al^{3+}$>$Ho^{3+}$>$La^{3+}{\gg}Mg^{2+}{\geq}Ca^{2+}{\gg}K^+$ 순으로 나타났다. 일정한 금속이온 농도에서 시아노박테리아의 농도에 따른 제타포텐셜 변화를 측정한 결과, $K^+$, $Mg^{2+}$ 및 $Ca^{2+}$이온의 경우 시아노박테리아의 농도가 증가하더라도 제타포텐셜의 변화가 미미하였다. 반면에, +3가 이온 중 $Ho^{3+}$와 $La^{3+}$이온의 경우에 시아노박테리아의 농도가 증가할수록 제타포텐셜 값이 감소하였으며, 감소율 면에서 $Ho^{3+}$이온이 $La^{3+}$이온보다는 작게 얻어졌다. 이와는 달리, $Al^{3+}$이온의 경우에는 시아노박테리아의 농도가 증가함에 따라 제타포텐셜 값이 증가하다가 감소하였다. $Al^{3+}$이온은 가수분해 중합체 생성의 영향으로 제타포텐셜 측정만으로는 응집 내지 응결 효과를 해석하기가 어려웠다.
본 연구의 목적은 토양입자에 대한 전기화학적 특성을 평가함으로써 동전기 기술을 실제 현장에서 적용시, 오염물을 효과적으로 제거하기 위한 최적 운전방법이나 인자를 도출하는 것이다. 토양입자의 제타포텐셜을 토양용액의 pH와 계면활성제의 농도에 대하여 측정하여 전기삼투압적 흐름방향 및 흐름율과의 관계를 분석하였다. 동전기 실험동안, 전기삼투압 투과율($k_e$), 전기전도도($\delta_e$) 및 전압분포에 대한 측정을 실시하였다. Kaolinite의 PZC는 4.2정도로 측정되었으며 pH가 증가할수록 제타포텐셜 감은 점점 음의 값이 증가하는 경향을 나타내었다. 주입된 계면활성제 또한 토양 표면의 전기화학적 특성에 영향을 주어 제타포텐셜 값을 변화시키는 결과를 나타내었다. 동전기 실험이 진행되는 동안, 토양시료의 대부분에 걸쳐 낮은 pH값을 나타내었으며 이로 인하여 용액과 전기적 흐름이 낮아지는 결과를 초래하였다. 또한, 전압 분포도 시간에 따라 변화하여 용액과 전기적 흐름 특성에 영향을 주었다. 결과적으로, 낮은 pH에 의한 토양의 제타포텐셜 값의 변화와 구간별로 다른 전압차분포로 인하여 용액과 전기적 흐름이 영향을 받는다는 결과를 본 연구로부터 얻었다. 효과적인 동전기 공정의 적용을 위하여 인위적인 토양 용액의 pH 조절이나 토양의 전기적 특성을 변화시키는 물질 등을 동시에 주입함으로써 오염물을 제거하는 용매의 흐름이 계속적으로 높게 유지되도록 하는 방안이 필요하다.
오염지반 정화를 위한 Electrokinetic 처리 과정에서 지반에 전류를 적용하면 흙물 시스템 내에서 발생하는 유체의 이동 현상과 계면의 특성 변화가 발생하여 Electrokinetic 반응에 영향을 미친다. 본 논문에서는 지반 내에서 발생하는 전기적, 화학적 변수와 그 변화 특성을 규명하고자 실내실험을 수행하여, 시료의 전압, 전류, 제타포텐셜, pH등의 전기 화학적 현상을 연구하였으며 이러한 인자들의 특성변화를 모델링하는 기법을 제시하였다. 그 결과 정화 도중 전압, 전류 변화를 각 농도에서 시간에 따른 지수함수로 표현할 수 있었으며 제타포텐셜의 변화를 pH와 오염농도에 따라 모델링 할 수 있었다.
Zeta potential measurements of colloid particles suspended in a liquid are performed by a Zeta Meter developed. There are many applications of colloid stability in spray technology, paints, wastewater treatment, and pharmaceuticalse. Zeta potentials of charged particles are obtained by measuring the electrophoretic velocities of the particles using video enhanced microscopy and image analysis program. The values of zeta potential of polystyrene latex(PSL), $silica(SiO_2)$M, polyvinylidence difluoride(PVDF), silicon nitride, and alumina particles in deionized (DI) water were measured to be -40.5, -31.9, -25.2, -15.1 and -10.1mV, respectively. The particles having high zeta potential less than -20 mV are stable in DI water, because the double layers of them have strong repulsive forces mutually, and the particles having low zeta potential over -20mV are unstable due to Van Der Waals forces. Silica(>20nm), PSL, aluminum and PVDF particles were found to be stable that would remain separate and well disperse, while silicon nitride and alumina particles were found to be unstable that would gradually agglomerate in DI water.
본 연구에서는 coconut oil과 Tween-Span계 비이온성 혼합계면활성제를 사용하여 제조한 O/W (oil in water) 유화액의 안정성에 영향을 끼치는 인자를 평가하였다. 이를 위해 비이온성 혼합계면활성제의 HLB value와 첨가량, 균질화 속도를 변수로 설정하여 제조한 O/W 유화액의 평균액적크기, 제타포텐셜, 유화안정도지수(ESI), 열적 불안정도지수(TII) 등으로부터 유화액의 안정성을 평가하였다. 제조한 O/W 유화액의 평균액적크기는 100~200 nm의 나노에멀젼으로서 비이온성 혼합계면활성제의 첨가량 및 균질화 속도가 증가함에 따라 평균액적크기는 감소하였으며, 제타포텐셜은 증가하였다. 비이온성 혼합계면활성제의 HLB value가 6.0, 10.0, 8.0 순으로 우수하게 나타났으며, HLB value가 8.0에서 제조한 유화액의 평균액적크기는 120 nm으로 가장 작고, 제타포텐셜은 40~60 mV로 가장 크게 나타났다. ESI 및 TII를 통한 안정성 평가는 HLB value가 6.0, 10.0, 8.0 순으로 안정성이 증가하였으며, HLB value가 8.0에서의 ESI 및 TII는 각각 80% 이상과 20% 이하로 가장 우수하게 나타났다.
30 nm의 입자반경을 가지는 티타니아 입자의 응집을 콜로이드 안정성에 기초하여 컴퓨터 시뮬레이션하였다. 제타 포텐셜이 4.5에서 16.8 mV로 증가할 때 에너지 장벽이 높아진다. 이러한 경향은 실험에서 입자크기가 작을수록 포텐셜이 높을수록 입자가 응집이 적어지는 안정한 상태가 되어 건조시에 불규칙한 형상과 강한 입자간 결합을 형성한다는 실험실적 관찰 결과와 일치한다.
전기영동법을 이용한 초전도 후막의 제작공정은 그 특성상 외부의 물리적 방법으로 입자의 밀도를 향상시킬 수 없는 특징을 가지고 있으며 전착과정에서 수소가스가 발생됨으로 미세기공의 발생원인이되고다. 또한 건조 열처리과정에서 미세크랙의 발생이 되기도 한다. 따라서 공정과정에서 특성저하요인을 근본적으로 차단하고 밀도를 향상시킬 수 있는 공정에 대하여 연구하였으며 전착조건과 첨가제인 폴리머의 상관관계에 의한 최적화 방법에 대하여 연구하였다.
스티렌, 폴리(에틸렌 글리콜) 메타크릴레이트 (PEG-MMA) 혹은 폴리(에틸렌 글리콜) 디메타크릴레이트 (PEG-diMMA)를 중성 매질에서 무유화제 (emulsifier-free) 유화 중합하여 표면에 에틸렌 글리콜기를 갖는 폴리스티렌 입자를 합성하였고, 이로부터 동결 건조되어진 분말을 제조하였다. 고분자 분말은 FT-TR 분광기로 구조를 확인하였고, 광산란 입도 분석기와 주사 전자 현미경 (SEM)을 이용하여 입자 크기와 분산도를 조사하였다. 스티렌에 대하여 공단량체 PEG-MMA는 2∼5 mol%, PEG-diMMA는 1 mol% 농도 부근에서 균일한 입자 크기를 얻을 수 있었다. 합성된 입자의 표면 전하를 유전 매질 내에서 ELS-8000 광산란법을 이용하여 제타 포텐셜을 측정하였다. 스티렌에 대하여 PEG-MMA 5 mol%에서 183 mV의 아주 높은 제타 포텐셜이 측정되었다.
아스타잔틴을 포함하는 수중유형 형태의 나노에멀젼을 고압균질기를 이용하여 제조하였다. 이에 유화조건, 유화제 종류, 유화제 농도 그리고 아스타잔틴 농도에 따라 최적화를 되었다. 나노에멀젼의 안정성은 제타포텐셜, FF-SEM, 입도분석기, 색차계를 이용하여 측정하였다. 제조된 아스타잔틴 나노에멀젼의 입도는 160 ~ 190 nm로 균일하였으며 레시친에 의한 나노에멀젼 보다 glyceryl citrate/lactate/linoleate/oleate에 의한 나노에멀젼이 더욱 안정하고 균일한 입도분포를 가졌다. 아스타잔틴의 봉입도는 HPLC, FF-SEM을 이용하여 확인 하였으며, 제형 구성 후 보관조건에서의 안정도 및 제타 포텐셜 값도 -41의 우수한 결과를 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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