벤토나이트는 매립지로부터 중금속이 유출되는 것을 저지시키기 위한 라이너 물질로 고려되고 있다. 본 연구에서는 국산 벤토나이트를 대상으로 납 흡착실험을 수행하였으며, 평형관계식과 용액화학 및 반응온도가 납흡착에 미치는 영향을 규명하였다. 벤토나이트의 납 흡착반응에서 평형관계식은 Freundlich 등온선을 비교적 잘 만족하였으며, 이 때 실험으로부터 결정된 $K_{F}\;=\;1.14$, n = 1.70, 상관계수($r^2$) : 0.99 이었다. 납이온의 분배계수는 주어진 초기용액농도의 범위에서 농도가 증가할수록 소하였다 pH가 증가할수록 납이온의 분배계수는 증가하였으며, pH>7 이상에서는 침전반응으로 해 그 값이 급격하게 증가하였다. 바탕용액의 이온강도가 증가함에 따라 납이온의 분배계수는 감소하였다. 납이온의 분배계수는 용액중에 존재하는 황산이온의 농도가 증가할 경우에 약간 증가하였으며 반면에 탄산이온의 농도에는 영향을 받지 않았다. 분배계수는 용액의 온도가 증가함에 따라서 증가하였다.
벤토나이트는 매립지로부터 중금속이 유출되는 것을 저지시키기 위한 라이너 물질로 고려되고 있다. 본 연구에서는 국산 벤토나이트를 대상으로 납 흡착실험을 수행하였으며, 평형관계식과 용액화학 및 반응온도가 납흡착에 미치는 영향을 규명하였다. 벤토나이트의 납 흡착반응에서 평형관계식은 Freundlich 등온선을 비교적 잘 만족하였으며, 이 때 실험으로부터 결정된 $K_{F}\;=\;1.14$, n = 1.70, 상관계수($r^2$) : 0.99 이었다. 납이온의 분배계수는 주어진 초기용액농도의 범위에서 농도가 증가할수록 소하였다 pH가 증가할수록 납이온의 분배계수는 증가하였으며, pH>7 이상에서는 침전반응으로 해 그 값이 급격하게 증가하였다. 바탕용액의 이온강도가 증가함에 따라 납이온의 분배계수는 감소하였다. 납이온의 분배계수는 용액중에 존재하는 황산이온의 농도가 증가할 경우에 약간 증가하였으며 반면에 탄산이온의 농도에는 영향을 받지 않았다. 분배계수는 용액의 온도가 증가함에 따라서 증가하였다.
Bentonite has low hydraulic conductivity and high sorption capacity to limit hazardous heavy metals migration, and thus it has been considered as a liner material for the landfill of hazardous wastes. With a domestic bentonite sorption tests were carried out to investigate the adsorption isotherm an...
Bentonite has low hydraulic conductivity and high sorption capacity to limit hazardous heavy metals migration, and thus it has been considered as a liner material for the landfill of hazardous wastes. With a domestic bentonite sorption tests were carried out to investigate the adsorption isotherm and the effect of solution chemistry and temperature on adsorption. Freundlich isotherm was applied to fit the experimental data of lead adsorption, which fitted them well. Freundlich constants and correlation coefficient were calculated to be $K_{F}$\;=\;1.14$, n = 1.70, and $r^{2}\;=\;0.99$, respectively. The distribution coefficients($K_{d}$) for the adsorption of lead decreased with increasing initial lead concentration. The IL increased with increasing the pH of solution and sharply increased at pH > 7, which was attributed to the precipitation of lead species. The IL decreased with increasing the ion strength of solution. The $K_{d}$ gave a small increase with the concentration of ${SO_4}^{-2}$, whereas it had a nearly constant level with the concentration of ${HCO_3}^{-}$ in solution. An increase in the temperature of experimental solution increased the $K_{d}$.
Bentonite has low hydraulic conductivity and high sorption capacity to limit hazardous heavy metals migration, and thus it has been considered as a liner material for the landfill of hazardous wastes. With a domestic bentonite sorption tests were carried out to investigate the adsorption isotherm and the effect of solution chemistry and temperature on adsorption. Freundlich isotherm was applied to fit the experimental data of lead adsorption, which fitted them well. Freundlich constants and correlation coefficient were calculated to be $K_{F}$\;=\;1.14$, n = 1.70, and $r^{2}\;=\;0.99$, respectively. The distribution coefficients($K_{d}$) for the adsorption of lead decreased with increasing initial lead concentration. The IL increased with increasing the pH of solution and sharply increased at pH > 7, which was attributed to the precipitation of lead species. The IL decreased with increasing the ion strength of solution. The $K_{d}$ gave a small increase with the concentration of ${SO_4}^{-2}$, whereas it had a nearly constant level with the concentration of ${HCO_3}^{-}$ in solution. An increase in the temperature of experimental solution increased the $K_{d}$.
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문제 정의
본 연구에서는 국산 벤토나이트를 대상으로 납 흡착실험을 수행하고, 평형관계식과 용액의 화학 특성 및 반응온도가 납이온의 흡착에 미치는 영향을 규명하고자 하였다.
제안 방법
벤토나이트에 의한 납이온의 평형 도달시간 결정 및 평형 흡착 실험은 회분식 방법으로 측정하였으며, 용액-대-벤토나이트의 비는 10cm3/g로 하였다. 즉, 오븐에서 건조시킨 벤토나이트 1 g과 준비된 실험용액 10cm3를 폴리에틸렌 병 (polyethylene vial)에 넣고 반응을 시켰다.
2㎛, ψ 25mm cellulose acetate membrane syringefilter를 사용하여 여과하였다(홉착평형실험 전, 필터에 의한 납이온 흡착 유무를 조사한 결과 홉착량은 무시할 정도로서 측정기기의 오차범위 내에 있었다). 용액 중 납이온의 농도는 원자흡수분광기(Perkin-Elmer사의 Atomic Absorption Spectrophotometer #1100B)로 분석하였으며, 분배계수(Kd)는 측정된 납이온의 농도를 이용하여 다음 식으로부터 결정하였다모든 실험은 3 배수로 하였다.
3333px;">2- 혹은 HCO3-)이 주요 음이온으로 존재한다. 이 공존 음이온들이 벤토나이트의 납이온 흡착에 미치는 영향을 조사하기 위해 Na2SO4 와 Na2CO3 용액의 농도를 변화시키면서 분배계수를 측정하였다. Fig.
대상 데이터
5이었다15). 또한 화학조성은 57.4% SiO2, 21.3% A12O3, 6.4% Fe2O2와 약간의 미량 원소를 포함하였다.
벤토나이트의 광물특성 은 몬모릴로나이트에 의해 결정되며, 다른 점토에 비해 양이온 교환 능이 높고, 팽윤특성이 양호한 장점이 있어 최근 매립지의 라이너(liner) 물질로 고려되고 있다1-4). 실험 대상으로 삼은 납은 합금, 기계 부식 방지,anti-knock fuel 첨가제로 사용되는 중금속으로서, 우리나라 김포매립지의 침출수 중에는 96년평균 0.088 ppm, 97년 평균 0.03 ppm, 외국의 폐기물매립지의 침줄수 중에는 평균 0.09~0.1 ppm이 들어있는 것으로 보고되고 있다5-7). 납은 인체에 중독 되었을 경우 신경장애, 근육장애, 소화 장애.
실험에 사용된 용액은 증류수와 PbCl2, NaCl, Na2SO4 혹은 Na2CO3 시약을 사용하여 제조하였다. 각 실험용액의 농도는 다음과 같다.
이 연구에 사용된 벤토나이트는 경주시 양남면 소재 제 29호 진명광산에서 채취한 것으로서, 105℃에서건조시킨 후 200 mesh ASTM 망채를 90% 이상 통과하도록 분쇄하여 사용하였다. 이 벤토나이트는 칼슘 벤토나이트로서 70% 몬모릴로나이트(montmorillonite), 29% 장석 (feldspar) 과 1%석영(quartz)을 포함하고 있었으며(Fig. 1참조), 양이온교환능(CEC)이 47.7 meq/100g. pH는 9.
지역의 신생대 3기층에 분포되어 있다. 이 연구에 사용된 벤토나이트는 경주시 양남면 소재 제 29호 진명광산에서 채취한 것으로서, 105℃에서건조시킨 후 200 mesh ASTM 망채를 90% 이상 통과하도록 분쇄하여 사용하였다. 이 벤토나이트는 칼슘 벤토나이트로서 70% 몬모릴로나이트(montmorillonite), 29% 장석 (feldspar) 과 1%석영(quartz)을 포함하고 있었으며(Fig.
이론/모형
실험용액 내 납 이온의 화학종 분포를 보기 위해, 지화학 코드인 PHREEQE18)를 이용하여 화학종 계산(speciation calculation)을 하였다. 용액 내에는 Fig.
성능/효과
- 납이온의 분배계수는 pH가 증가할수록 증가하였으며, pH>7 이상에서는 침전반응으로 인해 그 값이 급격하게 증가하였다.
- 납이온의 분배계수는 주어진 초기용액농도의 범위에서 농도가 증가할수록 감소하였다.
- 바탕용액의 이온강도는 납이온의 흡착에 영향을 주었으며, Na+의 농도가 10-2 M 이상부터는 그 값이 증가할수록 크게 감소하였다.
9는 황산이온의 농도 증가에 따른 분배계수의 변화를 나타낸 것으로 분배계수는 황산이온의 농도가 증가함에 따라 일정하게 유지되다가 10" M이상에서 약간 증가하였다. PHREEQE를 이용하여 황산이온이 존재하는 납 용액에 대해 화학종을 계산한 결과, 황산이온의 농도가 증가하여도 Pb2+, PbCl+가 주로 존재하나 10-3 M을 지나면서 약간의 PbSO4 침전물이 생성되었다. 이것은 Fig.
NO3와 같은 음이온에 독립적이고, 이들 음이온과 반응하여 생성되는 1가 착물이 교환반응을 통해서는 거의 점토에 흡착되지 않기 때문이었다25, 28). 또한 PHREEQE를 이용하여 탄산이온이 존재하는 납용액에 대해 화학종을 계산한 결과를 보면, 탄산이온의 농도가 증가함에도 Pb2+, PbCI+만이 주로 존재하는 것을 볼 수 있었다.
7은 벤토나이트가 존재하지 않는 용액에서 pH에 따른 납이온의 농도 변화를 보여주는 것으로, pH가 약 7 이상 일 때 침전반응에 의해 납 이온의 농도가 급격히 변화하는 것을 보여주고 있다. 또한 PHREEQE를 이용한 납 용액의 화학종 계산 결과를 나타낸 Fig. 3에서도 pH가 약 7을 지나면서 Pb2+와 PbCI+ 이온이 급격히 감소하고, Pb(OH)2가 급격히 증가하는 것을 보여주고 있는데, 이것은 pH > 7 이상에서의 납 이온의 제거가 침전 반응에 의한 것임을 뒷받침해준다.
2에 나타내었다. 이 그림에서 보는 바와 같이 용액 중의 납 이온은 벤토나이트와 반응한 지 수 일 이내에 거의 일정한 농도를 유지하며 평형에 도달함을 알 수 있었다.
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