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탈색
탈색(脫色, decoloration)은 빛이 바래는 현상이나 착색물질을 흡수 또는 분해하여 제거하는 조작을 가리킨다.
목차
개요
빛이 바랜다는 건 그만큼 세월이 흘렀다는 뜻이며 볕이나 습기를 받아 표백이라도 한 듯 처음의 색을 잃고 누추한 색으로 변했다는 것이었다. 빛바랜 그림, 빛바랜 책, 빛바랜 사진, 빛바랜 옷, 이들을 바라보는 시선에 우리는 깔깔한 불편함을 지울 수가 없다. 빛이 바랜 물건들은 기존에 가지고 있던 색상과는 달리 누렇게 되거나, 허옇게 또는 어두운 색으로 변색한다. 이러한 빛이 바래는 현상을 탈색이라 하는데 이것은 여러 가지 환경 요인들에 의해서라고 한다.
또한 탈색은 적합한 탈색제를 사용하여 착색수(着色水)·석유·설탕 용액·염색 직물·모발 등으로부터 착색물질을 분리하는 것이다. 탈색 작용을 지닌 물질을 탈색제(脫色劑)라고 한다.
일반적으로 상수, 배수에서 물의 탈색은 유기성 착색물질을 제거하기 위해 응집 침전과 여과 등의 처리법이 이용되고 있다. 응집제로서 알루미늄·철의 염을 사용하여 pH 조정제로서 염소, 과망간산칼륨, 활성탄, 그 외 각종의 산화제가 병용되고 있다. 지하수와 같이 유기물 이외에 철, 망간 등이 함유되어 있을 때는 전염소법과 과망간산칼륨으로 산화한 후, 황산제이철을 사용해서 응집 침전한다. 이외에 이온 교환법, 생물학적 산화법 등이 있다.
유지·석유의 탈색은 정제 공업의 중요한 공정의 하나로서 보통 산성백토(酸性白土)를 흡착제로 사용하여 착색물질을 제거하는데, 대개의 경우 탈취(脫臭)도 겸한다. 설탕 용액의 탈색은 강염기성 음이온 교환 수지를 사용한다. 한편, 부적당하게 염색된 섬유의 탈색이나 배트염색[建染染色]에 있어서의 발염(拔染)에는 하이포아황산나트륨·설폭실산나트륨·황산제일타이타늄과 같은 발염제에 의해서 용해 탈색한다. 일상생활에서는 변색된 흰색의 세탁물 탈색에는 표백분을 사용하여 산화작용을 이용해서 순백의 효과를 얻고 있다.
모발, 즉 사람의 머리카락의 탈색은 모발의 멜라닌 색소를 제거해 주는 과정을 말한다. 원래 모발 상태에서 염색을 하면 자신의 모발 색깔 때문에 자신이 원하는 색깔이 나오지 않는 경우가 많은데 탈색 과정을 통해 자신이 가진 모발의 색을 제거하여 염색 색깔이 모발에 잘 물들도록 해주는 역할을 한다. 탈색을 해서 색이 빠지면 하얀색이 아닌 노란색 모발이 된다. 그 이유는 탈색 과정에서 갈색과 검은색으로 보이게 하는 유멜라닌 성분이 많이 파괴되고, 노란색과 빨간색으로 보이게 하는 피어멜라닌 성분은 상대적으로 많이 남아 모발이 노란색으로 보이는 것이라고 한다.[1][2][3][4]
탈색 현상이 일어나는 이유
그림
세계적으로 유명한 명화들을 보면서 사람들은 많은 생각을 한다. 하지만 이러한 명화들도 과거의 사진들과 비교해 보면 색이 조금 변해 있다는 것이다. 대부분이 색깔이 어두운 색으로 변하게 된다. 그렇다면 이렇게 그림들의 색이 변하는 이유는 무엇일까? 그것은 여러 가지 환경요인들에 의해서라고 한다.
예를 들면 보관 장소의 온도, 습도, 빛의 세기, 공기의 상태 등에 영향을 받는다. 하지만 아무리 환경요인을 잘 조절해도 예술품 자체의 본성이 그림의 노화에 영향을 줄 수 있다. 미술가가 사용한 색소의 순도, 선택한 색소들의 배합, 사용한 색소의 양과 부피, 사용된 부착제의 유형 등이 그림에 영향을 미친다.
그림을 연구한 과학자들은 화가들의 색소 선택이 가장 큰 원인이라고 생각한다. 왜냐하면 그 당시 화가들은 오래전부터 납을 함유한 색소들을 사용했다. 대표적인 백색 색소로는 탄산납(PbCO₃)이 있고, 녹색 색소로는 프러시안 청색(Fe₄(Fe(CN)₆)₃)과 크롬산납(PbCrO₄)의 혼합물이 사용되며, 황색과 오렌지색은 크롬산납(PbCrO₄), 황산납(PbSO₄), 산화납(PbO)으로 이루어져 있다.
이렇게 납으로 이루어진 색소들이 오염된 공기 속의 황화수소(H₂S)와 반응하면 황화납(PbS)이 생성된다. 이 황화납의 색깔이 검은색이므로 그림의 색이 어두운 색을 나타내게 된다. 다음은 색깔이 변하는 예를 화학 반응식으로 나타낸 것이다.
- PbCO₃(흰색) + H₂S → PbS(검은색) + H₂O + CO₂
이와 같이 그림들이 어두운 색으로 변하는 것에는 또 다른 원인들도 있다.
- 첫 번째로 산소이다. 대표적인 예를 들면 적색 색소로 사용되는 구리 화합물이다. 산화제일구리(Cu₂O)는 밝은 적색 색소이지만 점차적으로 산화되어 검은색인 산화제이구리(CuO)로 된다.
- 두 번째는 빛이다. 빛에 의하여 색깔이 어두운 색으로 변한다. 그 이유는 여러 가지가 있으나 가장 큰 이유는 자외선 때문이다. 자외선은 화학작용이 강해서 보통 화학선이라고도 한다. 아울러 자외선은 표백작용이 강하므로 구리가 들어있는 경우 햇빛에 포함되어 있는 자외선에 의해 색이 바래게 된다.
- 세 번째로는 시간이다. 시간이 지나면서 형성되는 여러 가지 새로운 물질 환경에 의하여 색소들의 물리적·화학적 성질의 변화가 그림 작품을 더 탈색시킬 수 있다.
결국 오래된 명화나 그림들은 색깔이 변할 수밖에 없다. 그것은 그림을 그리는 데 사용했던 색소의 내부적인 요인과 주변 자연환경의 외부적인 요인에 의해서이다. 따라서 우리에게 정말 중요한 명화들의 색을 지키는 것은 참으로 어려운 일이다. 하지만 잘 보존하고 지키는 데 많은 노력을 기울여야 한다.
자동차
자동차 역시 어떤 색상을 선택하든 시간이 지나면 지날수록 그 광택이 죽고 색이 바랜다. 이건 어쩔 수가 없는 부분이기도 하다. 자동차 도장 면이 퇴색되는 가장 큰 원인은 역시 자외선이다. 사람의 피부하고도 똑같다. 자외선은 모든 것을 열화 시킨다. 수지와 같은 화학소재는 경화되어 갈라지게 만들기도 한다.
자동차는 특성상 직사광선을 피하기 어렵다. 햇빛은 물론 비가 오면 비를 맞아야 하고, 눈이 오면 눈을 맞아야 하는 게 자동차다. 그래서 내후성이 매우 뛰어나다. 그럼에도 불구하고 시간이 지나면 퇴색이 되는 것은 어쩔 수 없다.
그렇다면 변색이 가장 빨리 일어나는 자동차 색상은 무엇일까? 많은 사람은 검은색이 빛을 많이 흡수하고, 흰색은 빛을 반사한다는 걸 상식으로 알고 있다. 하지만 자외선에 가장 취약한 색상은 빨간색이다. 자외선을 가장 잘 흡수하는 색상이라고 한다. 자외선을 흡수한 빨간색은 시간이 지날수록 주홍에 가까워진다. 지금은 거의 찾아볼 수 없지만, 90년대만 해도 길거리에 빨간 우체통이 흔했는데 우체통 역시 주기적으로 도색을 해주지 않으면 쉽게 변색되었다고 한다.
이런 자외선으로 인한 피해를 어떻게 최소화할 수 있을까? 인간이라면 자외선 차단제라도 바를 수 있지만, 자동차는 그럴 수가 없다. 대신 코팅 시공이나 자외선 차단 성분이 포함된 자동차 왁스를 꾸준히 발라주는 것이 그나마 현실적인 대안이다. 하지만 아무리 관리를 철저히 한다고 해도 시간이 지나면서 변색되는 것을 완전히 막을 수는 없다고 한다.
이보다 신경 써야 할 것은 자동차 외관이 아니라 내장재이다. 자동차 창문으로 투과된 자외선이 각종 내장재를 변색시키거나 경화시키기 때문이다. 이에 대한 해결법은 자외선 차단 성능이 뛰어난 틴팅 시공을 하는 것이다. 신차를 구입한 직후 코팅 시공을 하고 좋은 틴팅 필름을 쓰는 가장 큰 이유는 바로 자외선으로부터 차를 보호하기 위한 것이라고 해도 과언이 아니다.
최근에는 자동차 도장 기술이 계속 발전하고 있어 눈에 띄는 변색이 일어나지 않는다고 한다. 하지만 주기적인 세차와 관리가 필요한 것은 사실이다. 몇 년이 흘러도 새 차에 준하는 느낌을 받고 싶다면 말이다.[5][6]
염색폐수 특성 및 처리 방법
염색과 관련된 국내 섬유산업의 업체 수는 2003년 현재 1,942개소로 전체 폐수배출 업소의 3.6%에 불과하지만, 폐수 배출량은 524,277 m³/일로 전체의 22.2%에 해당된다. 또한 배출되는 유기물질 부하량이 8,277kg/일로 전체의 24.3%에 달하여 폐수 발생량 및 폐수의 특성 면에서 대표적인 오염산업으로 분류되고 있다.
특성
일반적으로 염색폐수에는 색도로 인한 불쾌감 유발과 각종 염료 성분과 조염제. 호제, 계면활성제 및 휘발성 유기용제 등 난분해성 물질이 다량 함유되어 있어 폐수처리에 어려움을 가중시키고 있다. 특히 소득수준의 향상과 더불어 천연섬유의 사용 비중이 날로 높아짐에 따라 색상이 선명하고 높은 견뢰도를 갖는 반응성 염료의 사용이 증가하고 있는 추세이다.
또한 염색폐수는 생산되는 섬유의 형태가 계절, 유행, 소비자 욕구 등에 변화에 따라 바뀌고 생산 공정 또한 이에 따라 바뀌기 때문에 발생 폐수의 양과 특성이 매우 불규칙하게 변하며, 염료 가공 공정의 특성상 난분해성 물질이 다량 함유되어 있고, 시간에 따른 수질의 변동이 크기 때문에 기존의 처리 공정으로는 배출허용기준 이내로의 처리가 쉽지 않다.
더욱이 최근 환경부에서는 폐수종말 처리 시설에서 배출되는 방류수의 수질 기준을 단계적으로 강화시키는 계획을 공포하였다. 따라서 염색폐수를 포함한 산업폐수의 안정적인 처리에 있어 보다 엄격한 기준을 만족하는 고도처리 기술에 대한 연구가 시급한 실정이다.
처리 방법
염색폐수 처리의 경우 유기물의 처리와 함께 색도 제거가 큰 문제로 대두되고 있다. 현재 염색폐수의 색도 제거에는 오존 산화 처리, 응집 처리, 활성탄 흡착, 생물학적 처리 등 여러 가지 방법이 있지만 한 가지 방법으로는 다양한 염색폐수 색도를 효과적으로 제거하지 못하고 있는 실정이다.
- 응집 공정은 분산염료와 같은 불용성 염료의 색도 제거에는 효과적이지만 용존성 염료에 대해서는 효과적이지 못하다.
- 활성탄 흡착은 불용성 염료에는 적합하지 못한 것으로 보고되고 있으며, 생물학적 처리의 경우는 염색공정에 사용되는 상업용 염료의 대부분이 미생물에 독성을 가지고 있으므로 색도 제거에 효과적이지 못한 것으로 나타나 있다.
- 오존처리의 경우는 분산염료를 제외한 거의 모든 염료의 색도 제거에 효과적이지만 COD는 잘 제거하지 못하며, 또한 폐수에 불순물 등이 존재하는 경우에는 그 효율성이 떨어지고 오존의 사용량 및 처리 비용이 증가하게 된다.
위의 제시한 공정 중의 오존산화에서 오존은 플루오린(Fluorine) 다음으로 높은 산화전위(2.07Volt)를 갖는 강력한 산화제로 특징적인 분자구조로 인하여 다양한 형태의 유⋅무기물과 선택적으로 산화 반응을 일으킨다. 이를 오존의 직접반응이라 하며, 또한 오존을 이용하여 생물학적 처리 효율을 향상시킴으로서 기존 생물학적인 방법으로 난분해성 유기물질 및 색도를 효과적으로 처리할 수 있다.
그리고 오존과 H₂O₂ 및 UV 등을 결합한 고도산화법(AOP, Advanced Oxidation Processes)을 적용함으로써 오존보다 산화력이 더 높고 여러 오염물질과 비 선택적으로 산화 반응을 일으키는 OH 라디칼(OH radical)을 생성하여 난분해성 유기물질 및 색도를 효과적으로 처리할 수 있는 것으로 알려져 있다. 이와 같이 오존이 직접 오염물질을 분해하는 것이 아니고 오존의 분해과정 중 생성된 OH 라디칼의 분해를 이용하는 것을 오존의 간접 반응이라 말한다.
상기 방법들 중 오존산화 처리는 염색폐수의 색도 제거와 생물학적으로 처리가 힘든 난분해성 유기물질과의 연속반응으로 생분해성을 향상시킬 수 있고 슬러지의 발생 없이 염색폐수를 처리할 수 있는 가장 적절한 방법 중 하나로 평가되고 있다.
적용 사례
염색폐수, 식품가공폐수, 도금 폐수, 축산폐수 등 문제가 되는 폐수의 OH 라디칼 시스템을 이용하여 살균, 유기물 제거, 악취 제거, 색도 분해 등의 효과로 방류수의 색깔을 투명하게 만들 수 있다. 아래의 사진은 축산폐수를 원수에서 180분까지 탈색 작업을 진행한 결과이다.
OH 라디칼 시스템은 산소와 오존을 용존 된 상태로 나노-마이크로 버블 형태의 살균수를 공급하여 나노-마이크로 버블 내에 함침 된 오존에 의한 살균력이 증대되면서 오염수 내의 용존산소는 증가시키고 살균, 소독하여 안전하고 건강한 물을 만들어 물이 또 다른 대상물을 멸균, 소독, 탈취하는 기능을 발휘한다. 주로 아래와 같은 분야에 활용되고 있다.
동영상
각주
- ↑ 〈탈색〉, 《네이버 국어사전》
- ↑ 〈탈색〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈탈색〉, 《네이버 지식백과》
- ↑ 〈탈색〉, 《나무위키》
- ↑ 배준우 숭문고, 〈신나는 과학이야기, 오래된 명화 왜 변색될까〉, 《서울신문》, 2007-04-09
- ↑ ABC타이어, 〈빨간색 자동차가 더 빠르게 변색되는 이유〉, 《네이버 포스트》, 2020-01-31
- ↑ 성진그린, 〈염색폐수 특성 및 처리 방법〉, 《네이버 블로그》, 2012-05-16
- ↑ 오투버블, 〈축산폐수 방류수 색도제거 (OH라디칼을 이용한 폐수 탈색처리 기술)〉, 《네이버 블로그》, 2020-07-13
참고 자료
- 〈탈색〉, 《네이버 국어사전》
- 〈탈색〉, 《네이버 지식백과》
- 〈탈색〉, 《네이버 지식백과》
- 〈탈색〉, 《나무위키》
- 배준우 숭문고, 〈신나는 과학이야기, 오래된 명화 왜 변색될까〉, 《서울신문》, 2007-04-09
- ABC타이어, 〈빨간색 자동차가 더 빠르게 변색되는 이유〉, 《네이버 포스트》, 2020-01-31
- 성진그린, 〈염색폐수 특성 및 처리 방법〉, 《네이버 블로그》, 2012-05-16
- 오투버블, 〈축산폐수 방류수 색도제거 (OH라디칼을 이용한 폐수 탈색처리 기술)〉, 《네이버 블로그》, 2020-07-13
같이 보기
