폐윤활유 정제/재생용 세라믹 복합막의 최적화 = Optimization of ceramic composite membranes for reclamation of waste lubricating oils

국문 초록 (Abstract)

고온 막분리에 의한 폐윤활유 재생 효율의 증진을 위하여 압출 성형법에 의한 세라믹 담체 및 슬러리 코팅에 의한 세라믹 복합막 제조 공정의 최적화, 담체 및 합성막의 미세구조, 기공구조, 유체투과 특성 그리고 폐윤활유 재생 효율 등이 연구되었다.세라믹 복합막 합성을 위해 선행되어야 하는 세라믹 담체의 최적화 작업을 수행하였으며 최적화된 알루미나 담체 (OD = 7.7 mm, thickness = 1 mm, length = 200 mm) 의 평균 기공크기는 1.17 이었고, 기공율과 순수 투과율은 각각 35 % 와 1972 ℓm2･h･bar 정도이었다. 제조된 알루미나 담체 상에 입자 크기가 0.4 인 지르코니아 슬러리로 역침지-인상법 (reverse dip-drawing technique) 을 사용하여 코팅한 분리막 층의 기공크기는 수은 압입법으로 측정하였을 때 0.0785 이고 두께는 20 정도였으며, 복합막의 순수투과율은 754 ℓm2･h･bar 정도이었다. 합성 분리막의 최대 기공크기는 최대 기포점법 (maximum bubble point test) 으로 측정하였을 때 0.244 였으나, 장치상의 측정 한계인 0.185 보다 큰 범위내의 기공 분율이 아주 적기 때문에, 결함이 거의 없는 균일한 크기의 기공크기를 갖는 분리막층이 형성되고 있음을 예측할 수 있었다.지르코니아 복합막을 이용한 막분리 공정에 의하여 50 ~ 150 ℃의 온도범위와 2.4 ms 의 유속 및 1.96 bar 의 transmembrane pressure 에서 폐윤활유를 재생 처리 했을 때, 각 온도에서의 오일 투과량은 처리시간 (4시간) 에 무관하게 일정하였으며, 온도에 거의 직비례하여 증가하였다. 정제된 투과유의 ash 함량은 100 ℃에서 처리 시 0.0414 wt % 정도이어서 재생 연료유로의 응용에 적합한 것으로 평가되었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

To improve the reclamation efficiency of waste lubricating oils through separation by membrane at high temperature, the synthetic processes of alumina supports by extrusion method and ceramic composite membranes by slurry coating technique were optimized. The microstructure, pore size and liquid permeation characteristics of synthesized supports and membranes as well as their reclamation efficiency of waste lubricating oils were also studied.The synthetic process of ceramic supports for preparing ceramic composite membranes was established, the mean pore size, porosity and pure water flux of the alumina support (OD=7.7 mm, thickness=1 mm, length=200 mm) were 1.17 , 35 % and 1972 ℓm2･h･bar respectively. The separation layer was fabricated onto the alumina support by the reverse dip-drawing technique using zirconia slurry with the particle size of 0.4 , its mean pore size measured by mercury porosimeter and the thickness were 0.0785 and 20 respectively, the pure water flux of the synthesized composite membrane was 754 ℓm2･h･bar. Although the maximum pore size of the separation layer was observed to be 0.185 by the maximum bubble point test, the low ratio of its pore volume above 0.185 which is maximum value by the test equipment could make it was evaluated that separation layer had uniform range of pore size without any defect.When the waste lubricating oils were reclaimed by separation process through the zirconia composite membrane under the condition that the crossflow velocity, the transmembrane pressure and the temperature range were 2.4 ms, 1.96 bar and 50 ～ 150 ℃ respectively, the oil permeability was not changed with the operation time (4 hours) and increased almost proportionally to the temperature. As ash content of permeate reclaimed at 100 ℃ was 0.0414 wt %, it was concluded that the reclaimed oil obtained by the membrane separation process could be used as reclaimed fuel oils.