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난각과 난각막 필터제작 및 비교분석
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난각과 난각막을 이용한 필터제작 및 비교분석
김진혁, 조기홍, 김준형, 노현철, 박재혁 ,정승훈
실험 동기
실험 동기
궁금증
Curiosity
병아리는 알 속에서 어떻게 숨을 쉴까?
일단 공기가 통해야 하지 않을까?
난각에 구멍이 있지 않을까???
The FACT CHECK
5μm정도 크기의 구멍이 존재
활성탄의 구멍 크기와 유사
유해물질 흡착 가능??
배경
BackGround
결정
LET'S MAKE A FILTER!
이론적배경
이론적 배경
난각
난각
ㆍ 동물의 알의 맨 바깥층의 단단한 막으로, 조류ㆍ파충류의 알 따위에서 볼 수 있다
ㆍ호흡을 위한 약 5μm정도크기의 구멍이 있다
ㆍ탄산칼슘, 탄산 마그네슘 등으로 이루어져 있기 때문에 무기물질이다
난각막
난각막
ㆍ조류 알의 난각 내면에 밀착해 있는 두겹의 반투명한 두께0.07mm 얇은 막
ㆍ외난각막은 난각 내면에 밀착되어 있고 내난각막은 난백을 감싸고 있다
ㆍ중금속 제거, 수용액 오염염료의 제거, 말라티온 등의 흡착이 확인되었다
ㆍ자기 중량의 7배에 달하는 이산화탄소 흡착 능력이 있다
ㆍ아미노산, 지질등으로 이루어진 유기물이다
다공성에 의한 흡착성
다공성에 의한 흡착성
다공성이란?
난각과 난각막과 같이 표면을 관통하는 미세한 구멍들이 거의 일정한 간격을 두고 위치해 있는것
난각과 난각막, 활성탄과 같이 구멍의 직경이 1~100μm 인 것은 ‘흡착효과’ 가 동반되는 경우가 대다수이다.
흡착
흡착
ㆍ유체와 고체 또는 유체와 유체가 서로 접하고 있을 때 유체 중의 특정 성분이 다른 유체나 고체의 표면으로 이동되어 붙는 것
ㆍ계면에서의 농도가 유체 본체 농도보다 큰 경우를 정흡착, 반대로 낮은 경우를 부흡착이라고 한다. 추가적으로 물리적인 힘에 의해 흡착하는 물리흡착, 화학결합에 의해 흡착하는 화학흡착 등이 있다.
ㆍ화학흡착은 특정 온도 이상에서 흡착이 이루어지기 때문에 난각과 난각막은 물리흡착을 하는 것으로 간주한다
이산화 타이타늄
이산화타이타늄
실제로 미세먼지를 구성하는 물질중 하나
흩날리는 성질이 두드러지는 구성 성분이므로 여러 연구에서 미세먼지를 대체하기 위해 사용
실험에서 초미세먼지의 역할을 수행한다
목적과 가설
목적
무기물인 난각과 유기물인 난각막의 흡착력을 비교해본다
매연, 미세먼지 등을 여과하는 필터로서 역할을 수행할 수 있는지 확인한다.
가설
유기물인 난각막과
무기물인 난각으로 제작한 필터가
매연과 미세먼지 등을
효과적으로 여과시킬 수 있을 것이다.
준비물
준비물
1. 달걀
달걀
난각과 난각막을 제공하며. 병아리가 안에서 폐호흡을 하기 위한 다공성 물질층으로 이루어진 껍질이다.
2. 식초
식초
식초는 3∼5％의 초산과 유기산·아미노산·당·알코올·에스테르 등이 함유된 산성 식품이다.
이 실험에서 식초는 달걀의 염기성과 반응하여 난각을 녹이는 역할을 수행한다.
3. 핫플레이트(가열기구)
핫플레이트
핫플레이트를 이용해 난황과 난백을 제거한 순수 난각과 난각막을 물에 넣고 가열하여 1,2차 난막을 녹여 제거해준다. 3차 난막, 즉 콜라겐이 제거된 뻣뻣한 얇은 난각막의 일부는 손으로 직접 제거해야 한다.
4. 분말필터
분말필터
실험을 수행할 분말을 안에 넣고 기체나 액체와 같은 유체를 여과시켜 주는 장치.
이 실험에서는 난각과 난각막 분말을 일정한 양만큼 넣고 여과, 흡착의 역할을 수행하였다.
5. 드라이기와 양말
드라이기와 양말
드라이기를 이용해서 일정한 세기의 바람을 이산화타이타늄 나노 분말에 가해준다. z축방향으로의 일정한 힘을 작용하는 역할을 한다.
양말은 드라이기 속으로 분말이 들어가지 않도록 밑을 받쳐주는 역할을 수행하고, 일정한 모양으로 부풀어서 이산화타이타늄을 얹을 곡선 모양의 바닥을 제공한다.
6. PM입자수 측정기
PM입자수 측정기
우리 눈에 보이지 않을 정도로 아주 가늘고 작은 직경10㎛이하의 입자의 수를 특정한 단위로 측정해주는 장치이다. 여기서 사용되는 단위는 매우 고등의 물리학적인 단위가 사용되기 때문에 이 실험에서는 필터가 없을 때 통과한 유해물질의 질량을 100%로 설정하고, 여과된 유해물질의 양을 백분위로 나타내었다.
실험과정
실험과정
난각과 난각막 필터의 제작 과정
제작
난각막 제조 준비 과정
First!
PICTURE !
달걀의 내부를 비워내기 위해
상단부와 하단부에 유리막대로
일정한 크기의 구멍을 냅니다.
Second!
PICTURE !
구멍에 직접 입을 대고
바람을 불어넣어 계란 속의
난백과 난황 (흰자, 노른자)을 남김없이 모두 제거합니다.
Third!
달걀을 식초에 담가
난각막을 제작할 달걀과,
난각을 제공할
달걀으로 나눈다.
난각과 난각막의 분리
Fourth!
PICTURE !
난각막을 제작할 껍질 속에 붙어있는
제 1, 2난막들을 녹여 주기 위해
난각 구멍 안팎으로 식초를 넣습니다.
Fifth!
난각을 제작할 달걀껍질은
물 속에 모두 담고,
구멍에 물이 들어가도록 밀어넣어 가라앉힌 뒤,
난막이 녹을 수 있게 충분한 온도를 설정해 놓은 핫플레이트로 가열시킨다.
Sixth!
PICTURE !
약 30시간정도 지난 뒤
난각에서 난각막을 분리시킨다.
난각과 난각막 분말 제조
난각막을 푸석푸석해질 때까지
건조시킨다.
난각막을 흐르는 물에 난각이 남아있지 않도록 조심스럽게 씻는다.
준비된 난각막과 난각을
막자사발로 잘게 간다.
난각을 가열한 뒤 수분을 제거하고
막자사발을 이용해 간다.
난각막 필터 제작
잘게 갈은 난각과 난각막을 속이 빈 분말필터에 넣음
필터를 통해 공기가 통할 수 있도록 옆면을 봉쇄
일반적 연기 속의 유해물질
여과 실험 과정
연기속 유해물질 의 여과
비커 하단부에서 일정한 양의 향을 연소시켜
매연과 근사한 연기를 발생시킨다.
(소화기 준비)
정확한 측정을 위해
측정기를 3분간,
3cm에 위치한 뒤
결과값을 관찰한다.
비커 상단부와 깔대기를 연결시킨 뒤 고정시켜 간이 매연 배기기관을 제작하고,
비커 하단부에서 향을 피워 보면서 연기가 잘 통하는지 확인한다.
필터속 활성탄을 말끔히 제거하고, 난각, 난각막 분말필터를 제작합니다.
이산화 타이타늄 분말을 이용한 미세먼지
여과 실험
이산화 타이타늄 분말을 이용한 미세먼지 여과
바닥에 구멍을 뚫어 놓은 플라스틱컵을 헤어드라이어와 연결해 고정시킵니다.
통로 위에 제작한 필터를
놓고, 통로와 상자를
연결하고 미세먼지
측정기를 달아놓는다.
헤어드라이어와 연결한 컵 위를 양말로 감싸고 그 위에 이산화타이타늄 나노분말을 놓고 종이로 만든 통로를 장착한다.
미세먼지 측정기를 이용하여 측정한다.
실험 원리
실험원리
난각과 난각막의 분리
난각막 분리
분리 원리
난각의 탄산칼슘(CaCO3)이 식초(CH3COOH)와 반응 하여 초산칼슘(Ca(COOH)2)이 되고 물과 이산화 탄소를 발생시킨다.
CaCO3 + 2CH3COOH → Ca(CH3COO)2 + H20 + CO2
난각과 난각막의 분말화
분말형성
분말화 이유
난각의 구멍과 난각막의 구멍은 모두 5μm 이므로 분말이 되어도 기능 손상이 없음.
분말로 만들지 않으면 필터 면과 난각막 사이에 큰 공기틈이 생겨 필터가 제기능을 할 수 없음.
유해물질 흡착의 원리
유해물질 흡착
흡착의 원리
난각과 난각막 모두 약 5μm의 작은 구멍을 가지고 있어서 유해물질들이 작은 구멍들에 의해 걸러진다.
(난각의 구멍)
(난각막의 구멍)
난각막의 구멍은 종이와 같이 실타래가 얽혀있는 모양이라 그렇지 않은 난각에 비해 더 효과적으로 유해물질을 거를 수 있었다.
결과 및 분석
매연속 유해물질 여과
이산화티타늄(미세먼지) 여과
결과 분석
매연속 물질 여과
난각막
노 필터
난각
수치 : 296
노필터와 비교
: 약67%여과
수치 : 592
노필터와 비교
: 약34%여과
수치 : 899
인터넷 조사 결과
: 999(측정불가)
미세먼지 여과
혼합
노 필터
난각막
난각
수치 : 329
노필터와 비교
: 약 66%여과
수치 : 918
인터넷 조사 결과
: 999(측정불가)
수치 : 110
노필터와 비교
:약 88%여과
수치 : 348
노필터와 비교
: 약62%여과