[논문]폐종이컵을 이용한 이온교환체 제조와 중금속제거특성

유수용; 이훈용; 정원진; 문명준; 이민규

doi:10.5322/jes.2002.11.9.993

[국내논문] 폐종이컵을 이용한 이온교환체 제조와 중금속제거특성
Preparation of ion exchanger from waste paper cup and removal characteristics of heavy metal 원문보기

한국환경과학회지 = Journal of the environmental sciences, v.11 no.9, 2002년, pp.993 - 999

유수용 (부경대학교 화학공학부) , 이훈용 (동백중학교) , 정원진 (부경대학교 화학공학부) , 문명준 (부경대학교 화학공학부) , 이민규 (부경대학교 화학공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

Waste paper cup was sulfonated to be used as ion exchanger. Removal characteristic of copper and lead ion by prepared ion exchanger was investigated. The sulfonation was conformed by the high intensity band of $SO_3H$ group around 1100~$1160cm^{-1}$. The synthesized ion exchanger had greater removal ability for copper and lead ion than the original waste paper cup. Ion exchange system reached the final equilibrium plateau within 30min. The maximum removal capacities $q_{max}$ were calculated as 9.79mg/g fur copper and 15.95mg/g for lead, respectively. The affinity of lead based on a weight was higher than that of copper. The ion exchange phenomena appeared to follow a typical Freundlich isotherm.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

경우가 많다. 따라서 구리 및 납 이온이 단독으로 존재하는 비경쟁적인 경우와 구리 이온과 납 이온이 용액 내에 공존하여 서로 경쟁적으로 이온 교환반응이 일어나는 경우에 대해 제거량을 검토하였다. Table 1에서 보여지는 바와 같이 질량 기준으로는 구리 이온의 제거량은 7.
본 연구에서는 한번 사용하고 버려지고 있는 막대한 양의 종이컵을 재활용하는 방안의 일환으로 이를 슬폰화시켜 이온교환체를 제조하고, 제조된 이온교환체를 실험실 폐수나 산업 폐수중에 많이 함유되어 있는 것으로 알려진 2가 중금속성분인 구리와 납 이온에 대한 흡착실험을 행하여 흡착제로서의 활용 가능성을 알아보고자 하였다.

제안 방법

1회용으로 사용되고 버려지는 종이컵을 회수하여 코팅비닐을 벗긴 다음 에탄올과 황산혼합용액으로 술폰화시켜 만든 이온교환체의 구리 및 납 이온의 제거능을 조사하였다. 폐종이컵 그 자체는 중금속교환능이 거의 없었으나 폐종이컵을 술폰화시켰을 경우 중금속 교환능이 향상되었다.
그림에서 보여지는 바와 같이 평형상태에 도달하는 시간은 30분 이내로 빠르게 진행되었으며, 초기농도가 높을 때 제거량이 증가하였다. pH 변화에 따른 중금속 제거량을 살펴보기 위하여 구리 이온과 납 이온에 대해 pH가 6.62 및 4.64인 경우의 제거량 변화를 살펴보았다.
각 경우에 얻어진 이온교환체의 이온교환능을 확인하기 위하여 10mg/£ 의 구리 이온 함유용액 50m C 에 이온교환체 0.1g을 넣고 구리 이온의 제거효율을 살펴보았다. Fig.
냉장고에 냉장 보관한 에틸알콜 120mg 에 진한 황산의 첨가량을 100m 们 110m 2, 120m 2, 130m 140m 2, 150m « 및 200m 2 로 달리하여 술폰화 용액을 제조하였다. 이와 같이 조제된 용액에 폐 종이컵에서 얻은 시료 20g을 잘 혼합하여 10℃가 넘지 않도록 ice-water bath 상에서 교반하면서 첨가 완료 후 20분간 술폰화 하였다.
또한 폐종이컵을 슬폰화 시켰을 때 술폰기 (-SQH) 도입여부를 확인하기 위해 적외선 스펙트럼(IR) 분석을 행하였다. Fig.
채취한 시료는 원심분리기(Centrifuge 5415C)를 이용하여 8000rpm에서 3~4분 동안 원심 분리한 후 상등액을 농도분석에 사용하였다. 시간에 따른 농도변화를 측정하여 평형에 도달하였을 때 실험을 종료하였다. 용액중의 구리 및 납 이온농도는 원자흡광도계 (SHIMADZU AA-6701)로 3247nm 및 217.
5는 술폰화시키지 않은 폐종이컵과 폐 종이컵을 술폰화 시킨 후의 중금속 제거능을 비교한 것이다. 시료의 양을 2g/2 로 하고 구리 이온 및 납이 온의 초기 농도를 lOmg/C 로 하여 중금속 제거량을 측정하였다. 그림에서도 알 수 있듯이 술폰화시키기 전의 폐종이컵은 구리와 납 이온의 흡착이 거의 일어나지 않는 반면, 폐종이컵을 술폰화 처리한 경우에는 각 중금속의 초기 농도가 10mg/2 일 때 모두 제거됨을 알 수 있었다.
시간에 따른 농도변화를 측정하여 평형에 도달하였을 때 실험을 종료하였다. 용액중의 구리 및 납 이온농도는 원자흡광도계 (SHIMADZU AA-6701)로 3247nm 및 217.0 nm에서 분석하였다. 중금속 이온의 평형제거량 계산 방법은 아래와 같이 하였다.
폐종이컵에서 얻은 펄프를 재료로 하여 술폰화시킨 폐종이컵 이온교환체에 -SOsH기가 첨가되었는지의 여부를 확인하기 위하여 ATR 법으로 FT-IR ATR(JASCO 2000)로 IR 스펙트럼분석을 하여 흡수 peak를 비교하여 술폰화 여부를 확인하였다.
폐종이컵으로부터 얻은 펄프(20g)를 술폰화 시킬 때 적절한 황산 주입량을 알아보기 위하여 슬폰화용액 제조시 에 탄올 120m 2에 주입 하는 황산의 양을 100m 农 110m 120m i , 130m £, 14(而 2, 150 m« 및 200m2 로 달리하면서 술폰화 실험을 행하였다.
폐종이컵을 수집하여 24시간 물 속에 넣어 둔 후, 세로로 8등분한 다음, 가로로 2등분하여 전체를 16 등분으로 절단하였다. 믹서기의 칼날을 제거하고 아크릴을 이용하여 1.
폐종이컵을 술폰화시킨 경우에 표면의 외형적 변화를 살펴보기 위해 전자현미경 사진(Scanning electron microscope, SEM)을 촬영하였다. Fig.

성능/효과

따라서 구리 및 납 이온이 단독으로 존재하는 비경쟁적인 경우와 구리 이온과 납 이온이 용액 내에 공존하여 서로 경쟁적으로 이온 교환반응이 일어나는 경우에 대해 제거량을 검토하였다. Table 1에서 보여지는 바와 같이 질량 기준으로는 구리 이온의 제거량은 7.5mg/g, 납 이온의 제거량은 15.5mg/g으로 납 이온이 많이 제거되었지만 몰 기준으로는 볼 때는 구리 이온이 0.232 mmol/g, 납 이온이 0.15mmol/g로 구리 이온이 더 많이 제거됨을 알 수 있었다. 몰 기준으로 비교시 구리 이온이 더 많이 제거되는 것은 이온교환체의 활성점을 두 금속이온이 같은 당량씩 차지하였다고 하더라도 납 이온의 이온반경 (1.
그림에서도 알 수 있듯이 술폰화시키기 전의 폐종이컵은 구리와 납 이온의 흡착이 거의 일어나지 않는 반면, 폐종이컵을 술폰화 처리한 경우에는 각 중금속의 초기 농도가 10mg/2 일 때 모두 제거됨을 알 수 있었다. 따라서 폐 종이컵을 술폰화시킬 경우에는 중금속 이온 제거능이 크게 향상됨으로써 이온교환체가 만들어졌다는 사실을 재확인할 수 있었다.
또한 단일 성분의 경우에 몰 기준의 제거량은 구리 이온이 0.232mmol/g이고, 납 이온이 0.15mmol/g 이었으나, 혼합용액의 경우는 구리 이온이 0.145 mmol/g, 납 이온이 0.027mmol/g로 각 이온이 단일로 존재할 경우보다 제거량이 적은 것으로 나타났다. 이는 이온교환체의 한정된 활성점에 구리 이온과 납 이온이 경쟁적으로 흡착되기 때문에 단일성분의 경우보다 적은 것으로 생각된다.
폐종이컵을 술폰화시켜 얻은 이온교환체에 의한 구리 및 납 이온의 이온교환은 약 30분 이내에 평형에 도달하였다. 또한, 용액의 pH 4.64일 경우보다 pH 6.62일 경우 폐 종이컵을 술폰화시킨 이온교환체 단위 무게당 구리 및 납 이온의 제거량이 높게 나타났으며, 폐 종이컵 이온교환체의 구리 및 납 이온에 대한 최대교환용량은 구리 이온의 경우 9.79mg/g, 납 이온의 경우 약 15.95mg/g이었다.
1에서 보여지는 바와 같이 황산 주입량을 130m。이하로 하였을 경우는 구리이온의 제거율은 점차 감소하였으며, 황산 주입량을 130mC 이상으로 하였을 경우에는 약 50% 정도로 비슷한 제거율을 보였다. 본 연구에서는 에탄올 120m C 에 황산 140m 2를 첨가한 술폰화 용액이 적합한 것으로 사료되었다.
그림에서 보여지는 바와 같이 폐종이컵을 술폰화시킨 이온교환체의 적외선 스펙트럼에서 술폰기에 의한 1100-1160 cm-1 영역의 흡수대가 관측된 것으로 보아 종이컵이 술폰화 되었음을 알 수 있었다. 특히 에탄올 120m 2와 황산 140m 2로 섞어 만든 술폰화 용액으로 제조한 이온교환체가 가장 뚜렷한 흡수대를 나타내었다.
폐종이컵을 술폰화시킨 이온교환체의 구리 및납 이온에 대한 이온교환은 Langmuir 식보다는 Freundlich 식에 더 나은 적합성을 보여주고 있는 것으로 나타났다. 또한 실험결과와 Freundlich 식으로부터 구한 결과를 도시한 Fig.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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