자연유기물(Natural organic matter, NOM)은 정수처리 중 발생되는 유리잔류염소와 반응하여 소독부산물들을 생성하는 문제가 있다. NOM의 제거공정으로는 화학적 응집, 나노여과 및 활성탄 흡착 등의 공정이 대표적이다. 활성탄은 발달된 세공구조와 높은 비표면적을 가지고 있으므로 환경 분야에서도 널리 사용되고 있다. 특히 활성탄은 수처리 공정 중 아주 작은 크기의 유기물 분자들을 효과적으로 제거할 수 있다고 알려져 있다. 최근 활성탄의 특정물질에 대한 흡착성능을 향상하기 위해 물리·화학적 처리에 관련하여 많은 연구가 수행되었다. 하지만 활성탄 개질에 대한 최근 연구들은 중금속 처리에 중점을 두었으며, 자연유기물의 흡착성능을 개선하고자 수행한 연구는 부족한 것으로 확인되었다. 따라서 본 연구는 활성탄의 NOM 흡착성능을 향상하기 위해 물리·화학적 개질방법을 탐색하고. 개질활성탄의 흡착력을 평가하였다. 석탄계, 야자계 활성탄을 인산·암모니아·철 함침·열처리를 하여 개질하였다. 표면분석을 위해 ...
자연유기물(Natural organic matter, NOM)은 정수처리 중 발생되는 유리잔류염소와 반응하여 소독부산물들을 생성하는 문제가 있다. NOM의 제거공정으로는 화학적 응집, 나노여과 및 활성탄 흡착 등의 공정이 대표적이다. 활성탄은 발달된 세공구조와 높은 비표면적을 가지고 있으므로 환경 분야에서도 널리 사용되고 있다. 특히 활성탄은 수처리 공정 중 아주 작은 크기의 유기물 분자들을 효과적으로 제거할 수 있다고 알려져 있다. 최근 활성탄의 특정물질에 대한 흡착성능을 향상하기 위해 물리·화학적 처리에 관련하여 많은 연구가 수행되었다. 하지만 활성탄 개질에 대한 최근 연구들은 중금속 처리에 중점을 두었으며, 자연유기물의 흡착성능을 개선하고자 수행한 연구는 부족한 것으로 확인되었다. 따라서 본 연구는 활성탄의 NOM 흡착성능을 향상하기 위해 물리·화학적 개질방법을 탐색하고. 개질활성탄의 흡착력을 평가하였다. 석탄계, 야자계 활성탄을 인산·암모니아·철 함침·열처리를 하여 개질하였다. 표면분석을 위해 BET, SEM, EDS, Total acidity and basicity, Zeta potential, XPS을 측정하였고, 2,4-dichlorophenol, fulvic acid, humic acid의 흡착성능을 비교하였다. 개질된 활성탄의 명칭은 다음과 같다. 산소작용기를 증가시키기 위해 산처리한 활성탄은 PAC, 산과 염기처리를 하여 산소작용기와 유기물 흡착성능을 향상시키위해 제조된 활성탄은 MAC, 철 함침처리는 IX, 철 함침 후 감소된 BET를 상쇄하기 위해 열처리한 활성탄은 MES이라고 명명하였다. 또한 원자재에 따른 활성탄들은 원활성탄 제조사의 이름을 참고하여 석탄계는 F를, 야자계는 S를 붙여 구분하였다. BET 측정결과 F-PAC(27.6%)의 비표면적이 크게 감소하였고, F-MES0.2(2.3%)가 가장 높은 증가율을 보였다. EDS을 사용하여 Fe성분을 측정한 결과 F-IX0.8이 19.42%으로 가장 높은 함량을 나타내었다. 제타 전위 측정 결과 산처리와 철 함침 활성탄은 pH 전구간에서 양전하를 보였으며 염기처리, 함침/열처리 활성탄은 pH 가 높아질수록 음전하를 나타내었다. XPS 측정결과 F-IX2.0, F-IX0.4, F-IX0.8에서만 Fe가 분석 되었고, Fe2O3로 존재하는 것을 확인하였다. 석탄계 활성탄을 이용한 2.4-DCP의 흡착실험 결과 F-MES2.0>F400>F-IX2.0>F-MAC>F-PAC의 순서로 흡성성능이 높았다. 각각의 흡착량은 408.77 mg/g, 359.26 mg/g, 349.95 mg/g, 325.65 mg/g, 305.33 mg/g이었다. Fulvic acid 흡착은 철 함침이 다른 개질방법보다 흡착 친화도가 가장 높았으며, F-MES0.8이 19.90 mg/g으로 흡착량이 가장 높았다. 개질활성탄 중 F-PAC와 F-IX2.0는 humic acid에 높은 흡착친화도를 보였으며, F400에 비해 흡착성능이 각각 7배, 10배 증가하였다. SYL의 BET는 1326 m2/g으로 F400 보다 26.2% 높은 비표면적 값을 가졌다. SYL의 2.4-DCP 흡착성능은 F400과 유사하였다. S-MES의 2.4-DCP 흡착성능이 380.42 mg/g으로 가장 높은 결과를 보였지만, F-MES2.0 보다 흡착량이 13.51% 낮았다. Humic acid 흡착결과 S-PAC가 11.22 mg/g의 가장 높은 흡착량을 보였다. 석탄계 활성탄은 F-IX2.0>F-PAC>F-IX0.8>F-IX0.4의 순서로 Humic acid 흡착성능이 높았으며, F-PAC의 33.41 mg/g으로 S-PAX보다 약 3배 높은 흡착성능을 보였다. 따라서 본 연구를 통해 활성탄 개질방법, 원자재에 따라 흡착성능을 비교하였고, 산처리와 철 함침은 fulvic acid와 humic acid 흡착에 적절한 개질방법인 것을 확인하였다.
자연유기물(Natural organic matter, NOM)은 정수처리 중 발생되는 유리잔류염소와 반응하여 소독부산물들을 생성하는 문제가 있다. NOM의 제거공정으로는 화학적 응집, 나노여과 및 활성탄 흡착 등의 공정이 대표적이다. 활성탄은 발달된 세공구조와 높은 비표면적을 가지고 있으므로 환경 분야에서도 널리 사용되고 있다. 특히 활성탄은 수처리 공정 중 아주 작은 크기의 유기물 분자들을 효과적으로 제거할 수 있다고 알려져 있다. 최근 활성탄의 특정물질에 대한 흡착성능을 향상하기 위해 물리·화학적 처리에 관련하여 많은 연구가 수행되었다. 하지만 활성탄 개질에 대한 최근 연구들은 중금속 처리에 중점을 두었으며, 자연유기물의 흡착성능을 개선하고자 수행한 연구는 부족한 것으로 확인되었다. 따라서 본 연구는 활성탄의 NOM 흡착성능을 향상하기 위해 물리·화학적 개질방법을 탐색하고. 개질활성탄의 흡착력을 평가하였다. 석탄계, 야자계 활성탄을 인산·암모니아·철 함침·열처리를 하여 개질하였다. 표면분석을 위해 BET, SEM, EDS, Total acidity and basicity, Zeta potential, XPS을 측정하였고, 2,4-dichlorophenol, fulvic acid, humic acid의 흡착성능을 비교하였다. 개질된 활성탄의 명칭은 다음과 같다. 산소작용기를 증가시키기 위해 산처리한 활성탄은 PAC, 산과 염기처리를 하여 산소작용기와 유기물 흡착성능을 향상시키위해 제조된 활성탄은 MAC, 철 함침처리는 IX, 철 함침 후 감소된 BET를 상쇄하기 위해 열처리한 활성탄은 MES이라고 명명하였다. 또한 원자재에 따른 활성탄들은 원활성탄 제조사의 이름을 참고하여 석탄계는 F를, 야자계는 S를 붙여 구분하였다. BET 측정결과 F-PAC(27.6%)의 비표면적이 크게 감소하였고, F-MES0.2(2.3%)가 가장 높은 증가율을 보였다. EDS을 사용하여 Fe성분을 측정한 결과 F-IX0.8이 19.42%으로 가장 높은 함량을 나타내었다. 제타 전위 측정 결과 산처리와 철 함침 활성탄은 pH 전구간에서 양전하를 보였으며 염기처리, 함침/열처리 활성탄은 pH 가 높아질수록 음전하를 나타내었다. XPS 측정결과 F-IX2.0, F-IX0.4, F-IX0.8에서만 Fe가 분석 되었고, Fe2O3로 존재하는 것을 확인하였다. 석탄계 활성탄을 이용한 2.4-DCP의 흡착실험 결과 F-MES2.0>F400>F-IX2.0>F-MAC>F-PAC의 순서로 흡성성능이 높았다. 각각의 흡착량은 408.77 mg/g, 359.26 mg/g, 349.95 mg/g, 325.65 mg/g, 305.33 mg/g이었다. Fulvic acid 흡착은 철 함침이 다른 개질방법보다 흡착 친화도가 가장 높았으며, F-MES0.8이 19.90 mg/g으로 흡착량이 가장 높았다. 개질활성탄 중 F-PAC와 F-IX2.0는 humic acid에 높은 흡착친화도를 보였으며, F400에 비해 흡착성능이 각각 7배, 10배 증가하였다. SYL의 BET는 1326 m2/g으로 F400 보다 26.2% 높은 비표면적 값을 가졌다. SYL의 2.4-DCP 흡착성능은 F400과 유사하였다. S-MES의 2.4-DCP 흡착성능이 380.42 mg/g으로 가장 높은 결과를 보였지만, F-MES2.0 보다 흡착량이 13.51% 낮았다. Humic acid 흡착결과 S-PAC가 11.22 mg/g의 가장 높은 흡착량을 보였다. 석탄계 활성탄은 F-IX2.0>F-PAC>F-IX0.8>F-IX0.4의 순서로 Humic acid 흡착성능이 높았으며, F-PAC의 33.41 mg/g으로 S-PAX보다 약 3배 높은 흡착성능을 보였다. 따라서 본 연구를 통해 활성탄 개질방법, 원자재에 따라 흡착성능을 비교하였고, 산처리와 철 함침은 fulvic acid와 humic acid 흡착에 적절한 개질방법인 것을 확인하였다.
Natural organic matter (NOM) refers a substance that exists in natural water and mostly consists of humic substances. Humic substances which are highly hydrophobic and have large molecular weights are divided into humic acid and fulvic acid. Because NOM forms disinfection by-products during the chlo...
Natural organic matter (NOM) refers a substance that exists in natural water and mostly consists of humic substances. Humic substances which are highly hydrophobic and have large molecular weights are divided into humic acid and fulvic acid. Because NOM forms disinfection by-products during the chlorine disinfection process, removal of NOM has an important significance in water treatment processes. Activated carbon (AC) is a widely used adsorbent for water treatment due to its high surface area, beneficial pore structure and reactive surface functional groups. There has been numerous research to increase adsorption capacity for removal of pollutants by physical and chemical modification. However, recent research on modification of activated carbon mainly aimed at the treatment of heavy metals. Little research on treatment of natural organic matter by modified activated carbon has been conducted. This study aimed to modify activated carbon physically and/or chemically in order to improve NOM adsorption. Coal and coconut-based activated carbons were treated with phosphoric acid, ammonia, iron impregnation, and heat treatment. Brunauer, Emmett, Teller (BET), scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectrometer (EDS), total acidity and basicity, zeta potential, and x-ray photo electron spectroscopy (XPS) was used for surface analysis. The adsorption capacities of 2,4-dichlorophenol, fulvic acid, and humic acid were evaluated The modified activated carbon was named as follows such that coal-based activated carbon was 'F', coconut-based activated carbon was 'S', phosphoric acid treatment was PAC, ammonia treated was MAC, iron impregnation was IX, and iron impregnation/heat treated was MES. In the BET results, F-PAC showed the highest decrease (27.6%), and MES showed the highest increase (2.3%). EDS analyses of Fe content showed that F-MES2.0 had the lowest value (0.21%) and F-IX0.8 had the highest value (19.42%). Zeta potential measurement indicated that acid-treated AC and iron impregnated AC showed positive charges in all pH ranges. The higher negative charge of the basic treated and the impregnated/heat treated AC showed, the higher pH they had. The XPS spectra indicated that Fe2p was analyzed only in F-IX2.0 and F-IX0.8, and Fe form existed as Fe2O3. The 2.4-DCP adsorption showed that the adsorption capacity was high in the order of F-MES2.0> F400> F-IX2.0> F-MAC> F-PAC while the values were 408.77 mg/g, 359.26 mg/g, 349.95 mg/g, 325.65 mg/g, 305.33 mg/g respectively. For the fulvic acid adsorption, Fe impregnation AC has the highest adsorption affinity (19.90 mg/g) among coal-based modified ACs. Among the modified activated carbons, only F-PAC and F-IX2.0 tended to adsorb humic acid and the adsorption capacities were 33.41 mg and 38.82 mg/g respectively. The SYL, coconut-based AC, had a BET value of 1326 m2/g, which was 26.2% higher than F400, and adsorption capacity of 2.4-DCP similar to F400. The coconut-based AC and Fe impregnated/heat-treated(S-MES), has the highest adsorption capacity (380.42 mg/g). However it had a lower adsorption amount than F400. Although humic acid adsorption capacity of S-PAC showed the highest amount as 11.22 mg/g among the coconut-based ACs, F-PAC (33.41 mg/g) was a higher adsorption capacity than that of S-PAC (11.22 mg/g). In this study, activated carbon modification methods were investigated to enhance NOM adsorption and raw materials of AC were compared. The acid treatment and the iron impregnation were the appropriate modification methods for adsorbing NOM.
Natural organic matter (NOM) refers a substance that exists in natural water and mostly consists of humic substances. Humic substances which are highly hydrophobic and have large molecular weights are divided into humic acid and fulvic acid. Because NOM forms disinfection by-products during the chlorine disinfection process, removal of NOM has an important significance in water treatment processes. Activated carbon (AC) is a widely used adsorbent for water treatment due to its high surface area, beneficial pore structure and reactive surface functional groups. There has been numerous research to increase adsorption capacity for removal of pollutants by physical and chemical modification. However, recent research on modification of activated carbon mainly aimed at the treatment of heavy metals. Little research on treatment of natural organic matter by modified activated carbon has been conducted. This study aimed to modify activated carbon physically and/or chemically in order to improve NOM adsorption. Coal and coconut-based activated carbons were treated with phosphoric acid, ammonia, iron impregnation, and heat treatment. Brunauer, Emmett, Teller (BET), scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectrometer (EDS), total acidity and basicity, zeta potential, and x-ray photo electron spectroscopy (XPS) was used for surface analysis. The adsorption capacities of 2,4-dichlorophenol, fulvic acid, and humic acid were evaluated The modified activated carbon was named as follows such that coal-based activated carbon was 'F', coconut-based activated carbon was 'S', phosphoric acid treatment was PAC, ammonia treated was MAC, iron impregnation was IX, and iron impregnation/heat treated was MES. In the BET results, F-PAC showed the highest decrease (27.6%), and MES showed the highest increase (2.3%). EDS analyses of Fe content showed that F-MES2.0 had the lowest value (0.21%) and F-IX0.8 had the highest value (19.42%). Zeta potential measurement indicated that acid-treated AC and iron impregnated AC showed positive charges in all pH ranges. The higher negative charge of the basic treated and the impregnated/heat treated AC showed, the higher pH they had. The XPS spectra indicated that Fe2p was analyzed only in F-IX2.0 and F-IX0.8, and Fe form existed as Fe2O3. The 2.4-DCP adsorption showed that the adsorption capacity was high in the order of F-MES2.0> F400> F-IX2.0> F-MAC> F-PAC while the values were 408.77 mg/g, 359.26 mg/g, 349.95 mg/g, 325.65 mg/g, 305.33 mg/g respectively. For the fulvic acid adsorption, Fe impregnation AC has the highest adsorption affinity (19.90 mg/g) among coal-based modified ACs. Among the modified activated carbons, only F-PAC and F-IX2.0 tended to adsorb humic acid and the adsorption capacities were 33.41 mg and 38.82 mg/g respectively. The SYL, coconut-based AC, had a BET value of 1326 m2/g, which was 26.2% higher than F400, and adsorption capacity of 2.4-DCP similar to F400. The coconut-based AC and Fe impregnated/heat-treated(S-MES), has the highest adsorption capacity (380.42 mg/g). However it had a lower adsorption amount than F400. Although humic acid adsorption capacity of S-PAC showed the highest amount as 11.22 mg/g among the coconut-based ACs, F-PAC (33.41 mg/g) was a higher adsorption capacity than that of S-PAC (11.22 mg/g). In this study, activated carbon modification methods were investigated to enhance NOM adsorption and raw materials of AC were compared. The acid treatment and the iron impregnation were the appropriate modification methods for adsorbing NOM.
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