본 연구에서는 총 5가지의 upgraded biochar (나뭇조각 (WC biochar), 유황/볏짚 (raw sulfur/rice straw (RS) biochar, modified sulfur/RS biochar), 폐타이어/볏짚 (spent tire/RS biochar), 이산화탄소로 활성화한 볏짚 (CO2-activated RS biochar))과 대조군으로서 RS biochar를 사용하여 니트로화합물인 (2,4-dinitrotoluene (DNT)), 할로겐화 페놀류인 (2,4-dichlorophenol (DCP)), 독성금속 (납, 바륨) 및 독성음이온 (크롬, 셀레늄) 총 6가지 오염물질을 선정하여 흡착제로서의 사용가능성을 평가하였다. 연구 결과 DNT 흡착의 경우 고성능 바이오차는 RS biochar 보다 약 11~12 mg/g 향상된 흡착효율을 나타내었다. 그 중 흡착량이 가장 높은 biochar는 spent tire/RS biochar이며 단위질량당 최대흡착량은 23.4 mg/g이다. 비표면적이 높은 WC biochar, spent tire/RS biochar가 다른 바이오차에 비해 흡착량이 높았다. 또한 spent tire/RS biochar를 흡착제로 사용하면 표면의 폴리머 (polymer)의 residue가 증가하여 소수성을 띄기 때문에 DNT 흡착에서 높은 흡착효율을 보이고 있다. DCP 흡착의 경우 WC biochar 가 36.9 mg/g으로 RS biochar 보다 21 mg/g향상된 흡착효율을 나타내었다. 이는 DCP의 pKa는 7.9로 평형상태의 pH가 pKa보다 낮은 WC biochar의 경우 음이온화 되지 않기 때문이다. 납의 경우 sulfur/RS biochar, CO2-activated RS biochar가 단위질량당 최대흡착량이 126.58 mg/g으로 나타났으며, 바륨의 경우 CO2-activated RS biochar의 단위질량당 최대흡착량이 23.98 mg/g이다. 이는 양이온교환용량 (CEC)과 발달된 표면 반응기 (surface functional group) 때문이다. 독성음이온인 크롬의 경우 WC biochar를 제외한 나머지 바이오차가 RS biochar 보다 비슷하거나 좋은 흡착효율을 보여주었다. 그 중 raw sulfur/RS biochar, modified sulfur/RS biochar, CO2-activated RS biochar가 단위질량당 최대흡착량이 15.43 mg/g, 14.80 mg/g, 29.15 mg/g으로 각각 나타났다. 이는 높은 음이온교환용량 (AEC) 값과 발달된 표면 반응기 (surface functional group) 때문이다. 같은 독성음이온인 크롬과 셀레늄의 흡착메커니즘은 달랐다. 셀레늄은 크롬과 다르게 셀레늄 용액의 pH를 조절하지 않았을 때와 pH를 7로 조절하여 실험하였을 때 RS biochar 흡착량이 각각 10.21 mg/g, 8.993 mg/g으로 가장 흡착효율이 좋았으며, pH를 4로 조절하여 흡착실험을 하였을 때는 raw sulfur/RS biochar가 19.84 mg/g으로 RS biochar 보다 약 3 mg/g 좋은 흡착효율을 보였다. pH가 낮을수록 흡착효율이 좋은 것으로 보아 셀레늄 흡착에서는 pH가 영향을 주었다. 오염물질에 따라 최대흡착량을 보이는 바이오차가 다르므로 선택된 업그레이드 바이오차들은 각각의 오염물질 흡착에 적용될 수 있다.
본 연구에서는 총 5가지의 upgraded biochar (나뭇조각 (WC biochar), 유황/볏짚 (raw sulfur/rice straw (RS) biochar, modified sulfur/RS biochar), 폐타이어/볏짚 (spent tire/RS biochar), 이산화탄소로 활성화한 볏짚 (CO2-activated RS biochar))과 대조군으로서 RS biochar를 사용하여 니트로화합물인 (2,4-dinitrotoluene (DNT)), 할로겐화 페놀류인 (2,4-dichlorophenol (DCP)), 독성금속 (납, 바륨) 및 독성음이온 (크롬, 셀레늄) 총 6가지 오염물질을 선정하여 흡착제로서의 사용가능성을 평가하였다. 연구 결과 DNT 흡착의 경우 고성능 바이오차는 RS biochar 보다 약 11~12 mg/g 향상된 흡착효율을 나타내었다. 그 중 흡착량이 가장 높은 biochar는 spent tire/RS biochar이며 단위질량당 최대흡착량은 23.4 mg/g이다. 비표면적이 높은 WC biochar, spent tire/RS biochar가 다른 바이오차에 비해 흡착량이 높았다. 또한 spent tire/RS biochar를 흡착제로 사용하면 표면의 폴리머 (polymer)의 residue가 증가하여 소수성을 띄기 때문에 DNT 흡착에서 높은 흡착효율을 보이고 있다. DCP 흡착의 경우 WC biochar 가 36.9 mg/g으로 RS biochar 보다 21 mg/g향상된 흡착효율을 나타내었다. 이는 DCP의 pKa는 7.9로 평형상태의 pH가 pKa보다 낮은 WC biochar의 경우 음이온화 되지 않기 때문이다. 납의 경우 sulfur/RS biochar, CO2-activated RS biochar가 단위질량당 최대흡착량이 126.58 mg/g으로 나타났으며, 바륨의 경우 CO2-activated RS biochar의 단위질량당 최대흡착량이 23.98 mg/g이다. 이는 양이온교환용량 (CEC)과 발달된 표면 반응기 (surface functional group) 때문이다. 독성음이온인 크롬의 경우 WC biochar를 제외한 나머지 바이오차가 RS biochar 보다 비슷하거나 좋은 흡착효율을 보여주었다. 그 중 raw sulfur/RS biochar, modified sulfur/RS biochar, CO2-activated RS biochar가 단위질량당 최대흡착량이 15.43 mg/g, 14.80 mg/g, 29.15 mg/g으로 각각 나타났다. 이는 높은 음이온교환용량 (AEC) 값과 발달된 표면 반응기 (surface functional group) 때문이다. 같은 독성음이온인 크롬과 셀레늄의 흡착메커니즘은 달랐다. 셀레늄은 크롬과 다르게 셀레늄 용액의 pH를 조절하지 않았을 때와 pH를 7로 조절하여 실험하였을 때 RS biochar 흡착량이 각각 10.21 mg/g, 8.993 mg/g으로 가장 흡착효율이 좋았으며, pH를 4로 조절하여 흡착실험을 하였을 때는 raw sulfur/RS biochar가 19.84 mg/g으로 RS biochar 보다 약 3 mg/g 좋은 흡착효율을 보였다. pH가 낮을수록 흡착효율이 좋은 것으로 보아 셀레늄 흡착에서는 pH가 영향을 주었다. 오염물질에 따라 최대흡착량을 보이는 바이오차가 다르므로 선택된 업그레이드 바이오차들은 각각의 오염물질 흡착에 적용될 수 있다.
This study was carried out to use 5 upgraded biochars (wood chip (WC), raw sulfur/rice straw (RS) biochar, modified sulfur/RS biochar, spent tire/RS biochar and CO2-activated RS biochar) as sorbents for 2,4-dinitrotoluene (DNT), 2,4-dichlorophenol (DCP), toxic metals (Pb and Ba) and toxic anions (Cr...
This study was carried out to use 5 upgraded biochars (wood chip (WC), raw sulfur/rice straw (RS) biochar, modified sulfur/RS biochar, spent tire/RS biochar and CO2-activated RS biochar) as sorbents for 2,4-dinitrotoluene (DNT), 2,4-dichlorophenol (DCP), toxic metals (Pb and Ba) and toxic anions (CrO42-, SeO42- and SeO32-). RS biochar was also evaluated as a control material. Spent tire/RS biochar was the most effective sorbent for DNT, showing the maximum sorption capacities of 23.42 mg/g. BET surface area and hydrophobicity may be involved in the sorption of DNT to biochar. Compared to RS biochar, WC biochar effectively remove DCP. It appears that the sorption capacity of biochar for DCP is related to solution pH and pKa of DCP. Raw sulfur/RS biochar and CO2-activated RS biochar had the highest sorption capacities for Pb, showing 123.5 mg/g and 126.6 mg/g respectively. Regarding Ba, CO2-activated RS biochar was the most effective, showing 23.98 mg/g of sorption capacity. Surface functional groups and CEC of biochar may affect the sorption of cationic metals to biochar. Sulfur/RS biochar and CO2-activated RS biochar had the highest sorption capacities for Cr, showing 15.43 mg/g and 29.15 mg/g respectively. Surface functional groups and AEC of biochar may affect the sorption of Cr to biochar. When the initial pH was adjusted to 4, the sorption capacity of raw sulfur/RS biochar for selenate was 19.84 mg/g, which was 1.17 times higher than that of RS biochar. AEC and surface functional group were not responsible for the sorption of selenate to biochar.
This study was carried out to use 5 upgraded biochars (wood chip (WC), raw sulfur/rice straw (RS) biochar, modified sulfur/RS biochar, spent tire/RS biochar and CO2-activated RS biochar) as sorbents for 2,4-dinitrotoluene (DNT), 2,4-dichlorophenol (DCP), toxic metals (Pb and Ba) and toxic anions (CrO42-, SeO42- and SeO32-). RS biochar was also evaluated as a control material. Spent tire/RS biochar was the most effective sorbent for DNT, showing the maximum sorption capacities of 23.42 mg/g. BET surface area and hydrophobicity may be involved in the sorption of DNT to biochar. Compared to RS biochar, WC biochar effectively remove DCP. It appears that the sorption capacity of biochar for DCP is related to solution pH and pKa of DCP. Raw sulfur/RS biochar and CO2-activated RS biochar had the highest sorption capacities for Pb, showing 123.5 mg/g and 126.6 mg/g respectively. Regarding Ba, CO2-activated RS biochar was the most effective, showing 23.98 mg/g of sorption capacity. Surface functional groups and CEC of biochar may affect the sorption of cationic metals to biochar. Sulfur/RS biochar and CO2-activated RS biochar had the highest sorption capacities for Cr, showing 15.43 mg/g and 29.15 mg/g respectively. Surface functional groups and AEC of biochar may affect the sorption of Cr to biochar. When the initial pH was adjusted to 4, the sorption capacity of raw sulfur/RS biochar for selenate was 19.84 mg/g, which was 1.17 times higher than that of RS biochar. AEC and surface functional group were not responsible for the sorption of selenate to biochar.
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