폐무정형 알루미늄산하물을 이용한 지하수내 비소 및 양이온 중금속 흡착제거특성 Adsorption Characteristics of Arsenic and Cationic Heavy Metal Using Wasted Amorphous Aluminum Oxide in Groundwater원문보기
본 연구는 건축자재와 장식자재 등을 제조하는 국내 화학공장에서 산업부산물로 발생되는 연마분진 폐기물을 재활용하고 감량화하기 위한 방안으로써 흡착제로서으 재이용성을 평가하였다.연마분진 폐기물의 주성분은 수산화 알루미늄으로서 가열처리되면 반응성이 높은 알룹미늄산화물로의 전환이 이루어지게 되는데, 가열과정에서 다양한 알루미늄산화물의 형태로 전이가 될 수 있으며 이로 인해 흡착특성의 변화 및 흡착효율에 영향을 줄 수 있게 된다. 연만분진의 흡착능을 활성화 시키기 위하여 원료를 550℃, 750℃, 950℃fh 유지하며 3시간 동안 하소를 수행하였다. 표면 분석결과 550℃로 가열처리한 연마분진은 무정형 알루미늄산화물의 특성을 나타내는 것으로 확인되었으며 하소온도를 750℃와 950℃fh 증가시킴에 따라 무정형 알루미늄 산화물의 결정성은 서서히 증가되는 거승로 나타낫다. 비소(V)에 대한 흡착실험결과, 단위흡착제당 제거도니 비소(V)의 양은 550℃dptj 하소된 무정형 알루미늄산화물(CPW550)의 경우 43.9 mg/g으로 가장 높게 나타났으며 하소온도가 증가함에 따라 비소(V)의 흡착능의 감소경향을 확인하였는데, 이와 같이 하소온도에 따른 연마분진 제거율의 차이는 각 온도조건에서의 무정형 알루미늄산화물의 결정성 증가에 따른 비표면적의 차이가 주요하게 작용한 것으로 사료되었다. 하소온도를 550℃에서 950℃fh 증가시킴에 따라 무정형 알루미늄산화물의 비표면적은 175.5m2/g에서 4.65m2/g로 급격하게 감소되는 것으로 나타났으며 표면자리농도 역시 7.84×10-4 M에서 6.06×10-5M로 감소되는 것으로 나타났다. CPW550을 이용하여 ...
본 연구는 건축자재와 장식자재 등을 제조하는 국내 화학공장에서 산업부산물로 발생되는 연마분진 폐기물을 재활용하고 감량화하기 위한 방안으로써 흡착제로서으 재이용성을 평가하였다.연마분진 폐기물의 주성분은 수산화 알루미늄으로서 가열처리되면 반응성이 높은 알룹미늄산화물로의 전환이 이루어지게 되는데, 가열과정에서 다양한 알루미늄산화물의 형태로 전이가 될 수 있으며 이로 인해 흡착특성의 변화 및 흡착효율에 영향을 줄 수 있게 된다. 연만분진의 흡착능을 활성화 시키기 위하여 원료를 550℃, 750℃, 950℃fh 유지하며 3시간 동안 하소를 수행하였다. 표면 분석결과 550℃로 가열처리한 연마분진은 무정형 알루미늄산화물의 특성을 나타내는 것으로 확인되었으며 하소온도를 750℃와 950℃fh 증가시킴에 따라 무정형 알루미늄 산화물의 결정성은 서서히 증가되는 거승로 나타낫다. 비소(V)에 대한 흡착실험결과, 단위흡착제당 제거도니 비소(V)의 양은 550℃dptj 하소된 무정형 알루미늄산화물(CPW550)의 경우 43.9 mg/g으로 가장 높게 나타났으며 하소온도가 증가함에 따라 비소(V)의 흡착능의 감소경향을 확인하였는데, 이와 같이 하소온도에 따른 연마분진 제거율의 차이는 각 온도조건에서의 무정형 알루미늄산화물의 결정성 증가에 따른 비표면적의 차이가 주요하게 작용한 것으로 사료되었다. 하소온도를 550℃에서 950℃fh 증가시킴에 따라 무정형 알루미늄산화물의 비표면적은 175.5m2/g에서 4.65m2/g로 급격하게 감소되는 것으로 나타났으며 표면자리농도 역시 7.84×10-4 M에서 6.06×10-5M로 감소되는 것으로 나타났다. CPW550을 이용하여 양이온 중금속들에 대한 경쟁흡착특성을 조사한 결과, 구리와 카드뮴이 동시에 존재하는 이성분계 양이온 중금속 흡착의 경우 총농도를 1×10-4M로 유지한 상태에서 구리와 카드뮴의 물농도 비율을 10:0, 2:8, 5:5, 0:10으로 변화시켯을 경우 CPW550에 대한 구리의 제거율은 유사하게 나타난 반면에 카드뮴의 경우 흡착친화력이 구리보다 약하여 구리의 물농도 증가에 따라 카드뮴 제거율이 다소 감소되는 것으로 나타났다. 비소(V)와 황산이온의 음이온화학종에 대한 이성분계 경쟁흡착실험에서는 비소(V)를 1mg/L로 고정시킨 후 황산이온의 농도를 50-400mg/L로 변화시켰을 경우 황산이온의 농도가 증가함에 따라 초기반응 시간대에서는 CPW550에 대한 비소(V)의 흡착능을 다소 억제시키는 것으로 확인이 되었으나, 반응시간 180분 이후에는 모든 황산이온의 농도 조건에서 비소제거율의 차이가 유사하게 나타나 황산이온은 비소제거시간에 더 영향을 주는 것으로 나타났다. 폐무정형 알루미늄산화물의 표면흡착결합 반응을 예측하기 위하여 MINEGL+모델링 프로그램으로 모사한 결과, 흡착 실험결과와 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났으며 표면흡착결합은 주로 inner-sphere 형에 의한 표면착화를 따를는 것으로 사료되었다. 이러한 inner-shpere 형에 의한 표면흡착결합 결과는 FT-IR을 이용한 분광학적인 분석과 0.02-0.1 M의 이온세기 변화에 따른 비소(V) 흡착실험에서도 확인이 되었으며, 837cm-1에서 Al-0-AS의 inner-shpere 결합을 갖는 것으로 사료되었다. 양이온 중금속에 대한 흡착실험에서는 무정형 dkffnalsbadmnl 표면전하가 흡착질 전하와 같아 전기적 반발력에 의해 흡착이 영향을 받는 pH 조건에서도 주로 inner-sphere의 강한 화학적 결합에 의해 비교적 높은 흡착효율을 나타낼 수 있는 것으로 사료되었다. 실제 자연계의 복합이온 성분에 대한 흡착특성을 평가하기 위하여 폐광산 주변 지하수 및 갱내수에 대한 폐무정형 알루미늄산화물의 적용가능성을 조사하였다. 적용 광산은 비소(V) 농도가 비교적 높은 전주광산,송천광산,양자광산,삼광광산 등 4개의 폐광산을 선택하였으며 인근 지하수 및 갱내수를 채취하여 회분식 흡착실험을 진행하였다. 실험결과 고농도의 물질들이 다양하게 존재하고 있는 전주광산 주변 갱내수의 경우 비소(V)의 제거율이 다소 떨어지는 것으로 나타났으나 전체적으로 방류수 수질기준을 만족시킬 수 있는 양호한 제거효율을 보였으며 특히 황산이온이 410mg/L 로 고농도로 존재하더라도 10분 이내에 74.7% 이상의 비소(V) 제거효율을 보였으며 3시간이 경과한 후에는 90%이상의 제거효울을 나타내었다. 결론적으로, 본 연구의 목적과 관련하여 연마분진 폐기물의 재ㅑ활용 적용가능성르 분석한 결과 연마분진을 이용하여 제조된 폐무정형 알루미늄산화물의 경우 안정성과 비소(V)의 흡착성에서 우수한 것으로 판단되었으며 경쟁이온과의 흡착경쟁에서도 유？±튄？ 실제 폐수에 대한 적용성이 높을것으로 판단되었다.
본 연구는 건축자재와 장식자재 등을 제조하는 국내 화학공장에서 산업부산물로 발생되는 연마분진 폐기물을 재활용하고 감량화하기 위한 방안으로써 흡착제로서으 재이용성을 평가하였다.연마분진 폐기물의 주성분은 수산화 알루미늄으로서 가열처리되면 반응성이 높은 알룹미늄산화물로의 전환이 이루어지게 되는데, 가열과정에서 다양한 알루미늄산화물의 형태로 전이가 될 수 있으며 이로 인해 흡착특성의 변화 및 흡착효율에 영향을 줄 수 있게 된다. 연만분진의 흡착능을 활성화 시키기 위하여 원료를 550℃, 750℃, 950℃fh 유지하며 3시간 동안 하소를 수행하였다. 표면 분석결과 550℃로 가열처리한 연마분진은 무정형 알루미늄산화물의 특성을 나타내는 것으로 확인되었으며 하소온도를 750℃와 950℃fh 증가시킴에 따라 무정형 알루미늄 산화물의 결정성은 서서히 증가되는 거승로 나타낫다. 비소(V)에 대한 흡착실험결과, 단위흡착제당 제거도니 비소(V)의 양은 550℃dptj 하소된 무정형 알루미늄산화물(CPW550)의 경우 43.9 mg/g으로 가장 높게 나타났으며 하소온도가 증가함에 따라 비소(V)의 흡착능의 감소경향을 확인하였는데, 이와 같이 하소온도에 따른 연마분진 제거율의 차이는 각 온도조건에서의 무정형 알루미늄산화물의 결정성 증가에 따른 비표면적의 차이가 주요하게 작용한 것으로 사료되었다. 하소온도를 550℃에서 950℃fh 증가시킴에 따라 무정형 알루미늄산화물의 비표면적은 175.5m2/g에서 4.65m2/g로 급격하게 감소되는 것으로 나타났으며 표면자리농도 역시 7.84×10-4 M에서 6.06×10-5M로 감소되는 것으로 나타났다. CPW550을 이용하여 양이온 중금속들에 대한 경쟁흡착특성을 조사한 결과, 구리와 카드뮴이 동시에 존재하는 이성분계 양이온 중금속 흡착의 경우 총농도를 1×10-4M로 유지한 상태에서 구리와 카드뮴의 물농도 비율을 10:0, 2:8, 5:5, 0:10으로 변화시켯을 경우 CPW550에 대한 구리의 제거율은 유사하게 나타난 반면에 카드뮴의 경우 흡착친화력이 구리보다 약하여 구리의 물농도 증가에 따라 카드뮴 제거율이 다소 감소되는 것으로 나타났다. 비소(V)와 황산이온의 음이온 화학종에 대한 이성분계 경쟁흡착실험에서는 비소(V)를 1mg/L로 고정시킨 후 황산이온의 농도를 50-400mg/L로 변화시켰을 경우 황산이온의 농도가 증가함에 따라 초기반응 시간대에서는 CPW550에 대한 비소(V)의 흡착능을 다소 억제시키는 것으로 확인이 되었으나, 반응시간 180분 이후에는 모든 황산이온의 농도 조건에서 비소제거율의 차이가 유사하게 나타나 황산이온은 비소제거시간에 더 영향을 주는 것으로 나타났다. 폐무정형 알루미늄산화물의 표면흡착결합 반응을 예측하기 위하여 MINEGL+모델링 프로그램으로 모사한 결과, 흡착 실험결과와 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났으며 표면흡착결합은 주로 inner-sphere 형에 의한 표면착화를 따를는 것으로 사료되었다. 이러한 inner-shpere 형에 의한 표면흡착결합 결과는 FT-IR을 이용한 분광학적인 분석과 0.02-0.1 M의 이온세기 변화에 따른 비소(V) 흡착실험에서도 확인이 되었으며, 837cm-1에서 Al-0-AS의 inner-shpere 결합을 갖는 것으로 사료되었다. 양이온 중금속에 대한 흡착실험에서는 무정형 dkffnalsbadmnl 표면전하가 흡착질 전하와 같아 전기적 반발력에 의해 흡착이 영향을 받는 pH 조건에서도 주로 inner-sphere의 강한 화학적 결합에 의해 비교적 높은 흡착효율을 나타낼 수 있는 것으로 사료되었다. 실제 자연계의 복합이온 성분에 대한 흡착특성을 평가하기 위하여 폐광산 주변 지하수 및 갱내수에 대한 폐무정형 알루미늄산화물의 적용가능성을 조사하였다. 적용 광산은 비소(V) 농도가 비교적 높은 전주광산,송천광산,양자광산,삼광광산 등 4개의 폐광산을 선택하였으며 인근 지하수 및 갱내수를 채취하여 회분식 흡착실험을 진행하였다. 실험결과 고농도의 물질들이 다양하게 존재하고 있는 전주광산 주변 갱내수의 경우 비소(V)의 제거율이 다소 떨어지는 것으로 나타났으나 전체적으로 방류수 수질기준을 만족시킬 수 있는 양호한 제거효율을 보였으며 특히 황산이온이 410mg/L 로 고농도로 존재하더라도 10분 이내에 74.7% 이상의 비소(V) 제거효율을 보였으며 3시간이 경과한 후에는 90%이상의 제거효울을 나타내었다. 결론적으로, 본 연구의 목적과 관련하여 연마분진 폐기물의 재ㅑ활용 적용가능성르 분석한 결과 연마분진을 이용하여 제조된 폐무정형 알루미늄산화물의 경우 안정성과 비소(V)의 흡착성에서 우수한 것으로 판단되었으며 경쟁이온과의 흡착경쟁에서도 유？±튄？ 실제 폐수에 대한 적용성이 높을것으로 판단되었다.
This study examined the potential reuse of powdered wastes (PW) as an adsorbent. The PW was generated as by-products from local chemical companies on Korea, manufacturing decorative interior products. As aluminum hydroxide, which is a predominant component in the PW, could themally be converted to v...
This study examined the potential reuse of powdered wastes (PW) as an adsorbent. The PW was generated as by-products from local chemical companies on Korea, manufacturing decorative interior products. As aluminum hydroxide, which is a predominant component in the PW, could themally be converted to various mineral types of aluminum oxides depending on the calcination temperature, the adsorptive characteristics as well as adsorption capacity of the calcined PW(CPW) for adsorbates could be affected. To activate the PW, calcination was performed for 3 h at 550℃, 750℃ and 950℃, respectively. The amorphous aluminum oxide was formed when the PW was calcined at 550℃ and then continous increase of the crystallinity was observed up to 950℃. The adsorption capacities for arsenate decreased as the calcination temperature increased from 550℃ to 950℃. The BET surface area of the CPW was significantly decreased from 175.5m2/g to 46.5 m2/g and the surface sites density was reduced drastically from 7.84×10-4M to 6.05×10-5M as the calcination temperature increased. The competitive adsorption properties of two cationic heavy metal ions on the CPW550 was evaluated. From batch adsorption tests cadmium ions (10:0, 2:8, 5:5, 0:10)at the constant total metal concentration of 1×10-4M, little variation of copper adsorption was noted but cadmium removal was retarded as the molar ratio of cpper/cadmium incresed. This result suggests that copper ion has more strong adsorption affinity on the surface of CPW550 than cadmium ion. Meanwhile, in anionic binary system consisted of sulfate and arsenate, the removal of arsenate on the CPW550 was somewhat retarded as the sulfate concentration increase from 50 to 400 mg/L at initial ratio time. However the CPW550 exhibited similar removal of arsenate in all range of sulfate concentration after 180 min, which indicates than that the co-existing sulfate affects on the adsorption kinetics af arsenic on the CPW550. Surface complexation model was used to describe adsorption behavior on the CPW550 with MINEQL+ which assumed the surface complexation as inner-shpere. The model prediction was successfully fitted with experimental adsorption data and adsorption may occur via inner-sphere complex formation. This agrees with FT-IR spectroscopic studies and adsorption experiment with variation of ionic predominantly inner-shpere sulface complexes. The peak appeared at 837cm-1 in FT-IR spectra was corresponded to Al-O-As vibrations. In case of cationic adsorption, adsorption behavior even quite below the PHzpc also supperts the fomation of inner-shpere complexes. IN order to investigate the applicability of the CPW On the real wastewater. The CPW550 was applied to four different abandoned mine drainage such a Cheongu, Songcheon , yangja, and Samkwang. The adsorption of arsenate on Chenju abandoned mine drainage , satisfying wastewater quality criteria. The arsenate removal from Chenju mine drainage 74.4% within 10 min in the presence of 410 mg/L sulfate and over 90% of arsenate removal was obtained after 3 hr. The results of all experiments suggest that CPW can be effectively used as a good adsorbent for the removal of arsenate in the view point of the potential reuse of powdered wasted.
This study examined the potential reuse of powdered wastes (PW) as an adsorbent. The PW was generated as by-products from local chemical companies on Korea, manufacturing decorative interior products. As aluminum hydroxide, which is a predominant component in the PW, could themally be converted to various mineral types of aluminum oxides depending on the calcination temperature, the adsorptive characteristics as well as adsorption capacity of the calcined PW(CPW) for adsorbates could be affected. To activate the PW, calcination was performed for 3 h at 550℃, 750℃ and 950℃, respectively. The amorphous aluminum oxide was formed when the PW was calcined at 550℃ and then continous increase of the crystallinity was observed up to 950℃. The adsorption capacities for arsenate decreased as the calcination temperature increased from 550℃ to 950℃. The BET surface area of the CPW was significantly decreased from 175.5m2/g to 46.5 m2/g and the surface sites density was reduced drastically from 7.84×10-4M to 6.05×10-5M as the calcination temperature increased. The competitive adsorption properties of two cationic heavy metal ions on the CPW550 was evaluated. From batch adsorption tests cadmium ions (10:0, 2:8, 5:5, 0:10)at the constant total metal concentration of 1×10-4M, little variation of copper adsorption was noted but cadmium removal was retarded as the molar ratio of cpper/cadmium incresed. This result suggests that copper ion has more strong adsorption affinity on the surface of CPW550 than cadmium ion. Meanwhile, in anionic binary system consisted of sulfate and arsenate, the removal of arsenate on the CPW550 was somewhat retarded as the sulfate concentration increase from 50 to 400 mg/L at initial ratio time. However the CPW550 exhibited similar removal of arsenate in all range of sulfate concentration after 180 min, which indicates than that the co-existing sulfate affects on the adsorption kinetics af arsenic on the CPW550. Surface complexation model was used to describe adsorption behavior on the CPW550 with MINEQL+ which assumed the surface complexation as inner-shpere. The model prediction was successfully fitted with experimental adsorption data and adsorption may occur via inner-sphere complex formation. This agrees with FT-IR spectroscopic studies and adsorption experiment with variation of ionic predominantly inner-shpere sulface complexes. The peak appeared at 837cm-1 in FT-IR spectra was corresponded to Al-O-As vibrations. In case of cationic adsorption, adsorption behavior even quite below the PHzpc also supperts the fomation of inner-shpere complexes. IN order to investigate the applicability of the CPW On the real wastewater. The CPW550 was applied to four different abandoned mine drainage such a Cheongu, Songcheon , yangja, and Samkwang. The adsorption of arsenate on Chenju abandoned mine drainage , satisfying wastewater quality criteria. The arsenate removal from Chenju mine drainage 74.4% within 10 min in the presence of 410 mg/L sulfate and over 90% of arsenate removal was obtained after 3 hr. The results of all experiments suggest that CPW can be effectively used as a good adsorbent for the removal of arsenate in the view point of the potential reuse of powdered wasted.
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