YSC 탐구대회

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주제 : 흙탕물 속에서 시야를 확보하라!

 

Ⅰ. 실험 준비 

< 재료 >
벤토나이트, 제올라이트, 활성탄, 백반, 바닷물, 갯벌 흙, 아세트산, 탄산수소나트륨, 얼음

<재료>	갯벌흙	바닷물	벤토나이트, 제올라이트 원석	여러가지 시약
<재료 준비과정>	원석 부수기	원석 부수기	벤토나이트, 제올라이트 가루

<실험 도구>

아크릴상자, MBL, 비커, 스티로폼 컵, 막자사발, 망치, 레이저 포인터, pH 시험지, 온도계, 저울, 체

막자사발

망치 돗자리

벤토나이트, 제올라이트원석

아크릴상자 모형

(제작)아크릴상자

 

Ⅱ. 탐구

<준비과정>

< 측정할 것들 >

 

<측정>

<측정장치>
1차 < 형광등 >
2차 < 아크릴 상자 >

<탐구1> 흙탕물의 성질 탐구

pH	6	7	8
빛의 양(lx)	9.6	9.7	9.6
흡수율(%)	1.237%	1.25%	1.237%

온도	10℃	20℃
빛의 양(lx)	7.5	9.6
흡수율(%)	0.966%	1.25%

<탐구2> 흙탕물 흡착 실험

1. 20℃ (pH8, pH7, pH6)

	백반	벤토나이트	제올라이트	활성탄
Ph8
Ph7
Ph6

 

2. 10℃ (pH8, pH7, pH6)

	백반	벤토나이트	제올라이트	활성탄
Ph8
Ph7
Ph6

<추가 실험>

1. 10℃ / Ph8, Ph7, Ph6 / 벤토나이트 : 제올라이트 = 1 : 1, 2 : 1, 1 : 2

비율 농도	벤토나이트 : 제올라이트 1 : 1	벤토나이트 : 제올라이트 2 : 1	벤토나이트 : 제올라이트 1 : 2
Ph 8
Ph 7
Ph 6

 

2. 20℃ / Ph8, Ph7, Ph6 / 벤토나이트 : 제올라이트 = 1 : 1, 2 : 1, 1 : 2

비율 농도	벤토나이트 : 제올라이트 1 : 1	벤토나이트 : 제올라이트 2 : 1	벤토나이트 : 제올라이트 1 : 2
Ph 8
Ph 7
Ph 6

 
< 탐구 3 > 실용가치 판단

1. 제거 효율 판단

탐구 주제 2의 탐구 결과를 분석한 결과, 초기 흡착 속도와 흡착량은 백반이 우세하였다. 그러나 한 시간이 지난 뒤에는 벤토나이트 역시 많은 양을 흡착하였다. 활성탄과 제올라이트는 상대적으로 미비한 양을 흡착 했다.

2. 환경성 판단

벤토나이트와 제올라이트는 광물질이기 때문에 환경에 투하 시 문제가 없을 것으로 추측 된다.

백반은 투하 시 용액의 pH가 변했다. 증류수에 실험해 본 결과 pH 시험지로 약 pH 5정도를 나다내어 환경에 직접 투하하기에는 문제가 있을 것으로 파악된다.

3. 경제성

벤토나이트와 제올라이트는 원석 상태로 구매하였고, 활성탄과 백반은 실험실 용 분말로 구매하였다. 벤토나이트와 제올라이트는 주로 대량으로 취급하는 물품이기 떄문에 소량으로 구하기가 어려웠고, 따라서 가격도 뜻하지 않게 비쌌다. 그러나 실제 정화 현장에서 흡착제를 사용할 때는 많은 양을 투하하기 때문에 벤토나이트와 제올라이트를 같은 양의 활성탄, 백반과 비교하여도 가격이 비슷할 것으로 예상된다. 

Ⅲ. 탐구 결과

	10-ph6	10-ph7	10-ph8	20-ph6	20-ph7	20-ph8
백반	770.0	770.0	770.0	770.0	770.0	770.0
벤토나이트	395.2	612.5	475.6	389.2	388.2	387.9
제올라이트	221.4	213.5	95.4	321.2	162.5	311.5
활성탄	304.5	185.8	188.5	180.7	112.6	153.1

	20-ph6	20-ph7	20-ph8
백반	770.0	770.0	770.0
벤토나이트	346.4	34.03	43.38
제올라이트	243.4	21.63	18.33
활성탄	104.9	21.68	29.34

	10-ph6	10-ph7	10-ph8	20-ph6	20-ph7	20-ph8
1 : 0	360.1	585.8	434.2	355.5	347.2	346.3
1 : 1	770.0	434.7	453.4	770.0	427.0	440.1
1 : 2	770.0	461.1	493.2	770.0	406.5	498.7
2 : 1	770.0	450.9	421.5	770.0	452.8	437.4
0 : 1	192.2	184.4	58.2	284.7	84.4	84.2

 

Ⅳ. 결론

지금까지의 연구 결과를 토대로 다음과 같은 결론을 내릴 수 있었다.

첫 번째. 바닷물은 온도가 낮을수록 빛을 더 잘 흡수한다.

두 번째. 흡착 실험 결과 백반이 흙탕물을 가장 잘 흡착 하는 것으로 나타났다. 그러나 한 시간 정도가 지난 뒤에는 벤토나이트도 많은 양을 흡착하였다.

세 번째. 백반을 제외한 실험군들은 증류수 용액에서 약한 흡착 정도를 보였다. 이는 백반은 콜로이드의 엉김 효과를 이용하여 흡착하는 것이고, 다른 실험군은 수용액 속의 이온과 교환을 통해서 흡착하기 때문이라고 생각된다.

네 번째. 백반은 수용액 속에서 산성을 나타내었다. 따라서 환경에 적용하기 위해서는 다른 물질을 첨가하여 중화시켜야 할 것으로 생각된다.

다섯 번째. 추가 실험결과 벤토나이트와 제올라이트를 섞어서 투하하면 벤토나이트와 제올라이트만을 각각 투하했을 때보다 흡착 정도가 좋았다. 이때 벤토나이트와 제올라이트의 섞는 비율은 흡착 정도에 크게 영향을 미치지 않았다.

여섯 번째. 제거효과, 환경성, 경제성을 모두 고려했을 때, 벤토나이트와 제올라이트를 2:1로 섞은 것이 가장 효율적일 것으로 예상된다. 이는 효과가 가장 벤토나이트의 가격이 제올라이트 보다 저렴하기 때문이다.

Ⅳ. 느낀점

실험에서 가장 어려웠던 점은 재료의 확보였습니다.

먼저 벤토나이트와 제올라이트는 흔히 구할 수 있는 재료가 아니기 때문에 주문을 했는데 예상했던 가루의 형태가 아닌 원석의 형태로 와서 당황하였습니다. 그래서 망치와 체를 이용하여 직접 정제 했는데, 원석이 생각보다 단단해서 잘 부서지지 않아서 힘들었습니다. 시중에 판매하는 고양이 모래에 포함된 벤토나이트를 추출해 볼까 생각도 해보았지만, 시간이 부족하여 탐구 해 볼 수 없었습니다. 따라서 다음에는 벤토나이트를 비롯한 실험군을 보다 쉽게 얻을 수 있는 방법도 탐구해 보고싶습니다.

또한, 처음에 바닷물과 갯벌 흙을 채취할 때는 바닷물 보다 갯벌 흙이 부족할 것 같았습니다. 그래서 바닷물을 약 20여L, 갯벌 흙을 약 15L 충분할 줄 알았지만 사용하다 보니 부족했습니다. 그래서 염화나트륨을 사용해서 농도를 바닷물과 비슷하게 조절하여 바닷물과 유사한 환경을 만들었습니다. 그렇지만 실제 바닷물과는 구성 물질이나 구성 비율에서 차이가 있을 것으로 예상되어 아쉬웠습니다. 기회가 계속된다면 다음에는 좀 더 충분한 양을 채취하여 측정하고 싶습니다.

실험과정에서도 몇 가지 어려운 점들이 있었습니다.

10℃의 온도 조건에서 실험할 때는 단순히 온도를 낮출 뿐만 아니라 낮춘 상태를 유지하며 실험을 해야 했기 때문에 온도를 일정하게 하는 방법을 찾는 것이 어려웠습니다. 그리고 레이저 포인터를 계속 켜고 있다 보니 금방 빛이 약해져서 일정한 실험 데이터를 얻기가 힘들었습니다. 심지어 레이저를 중간에 도난당하기도 했습니다.

그리고 실험 중간에 담당 선생님께서 바뀌셔서 시간이 촉박하였던 것도 큰 어려움이었습니다. 시간이 부족했기 때문에 실험을 할 때는 작은 실수라도 있으면 안 되는 상황이었습니다. 따라서 실험하는 입장에서 실험이 부담스럽게 느껴지기도 하였습니다.

하지만 실험을 하며 배운 점도 많았습니다.

벤토나이트가 흙탕물을 가장 잘 흡착할 것이라고 생각했는데, 백반이 흙탕물을 가장 잘 흡착하였다. 여기서 실험이 언제나 예상 했던 대로 진행되지 않는다는 것을 알았고, 실험을 할 때에는 다양한 가능성을 염두 해 두고 실험해야 한다는 것을 느꼈습니다.

자료 조사 과정에서는 벤토나이트를 비롯한 실험군들에 대한 전문적인 자료를 찾는 동안 원하는 자료 검색을 빠르게 하는 법을 배웠습니다.

보고서 작성 과정을 통해서는 보고서 작성하는 법을 배웠고, 실험 결과를 분석하고 그를 통해 결론을 도출하는 법을 배웠습니다.

비록 많은 시간과 노력을 투자하였고 힘든 과정도 많았던 탐구였지만, 탐구 과정에서 얻은 것도 많고 느낀 것도 많은 탐구였습니다. 지금 돌이켜 보면 탐구 과정에서의 어려움 보다는 탐구를 성공했을 때의 기쁨이 오히려 더 크게 생각납니다.

우리의 실험이 실제 정화현장에서 응용될 수 있으면 좋겠고, 백반이 환경에 미치는 영향에 대한 실험을 추가로 진행해야할 필요가 있다고 생각됩니다.