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문제 정의
- 그러나 이러한 정화기법 등을 현장에 올바르게 적용하기 위해서는 토양과 오염 물질 간의 상호 계면특성 즉, 흡착, 탈착, 양이온 교환능력, 계면동전위 등의 특성이 체계적으로 분석되어야 할 것이다. 따라서 본 연구에서는 토양과 오염물질과의 상호계면 특성 중 흡착 특성을 규명코자 한다.
제안 방법
- pH변화가 카올리나이트에 대한 납의 흡착특성에 미치는 영향을 분석하기 위한 실험에서는 질산납 표준용액을 사용하여 초기오염농도 100, 200 및 400 mgA인 납수용액을 준비한 후 건조시켜 준비한 카올리나이트 4 g에 혼합한 다음 질산(HNO3)과 수산화나트륨(NaOH)을 사용하여 pH값을 2, 4, 6, 8, 10 및 12로 다르게 적정하여 준비하였다. 이때의 혼합비는 10이었고 교반시간은 72시간 동안 흡착 반응시켰다.
- pH적정을 위한 용액은 질산과 수산화나트륨을 이용하여 조절하였다. 실험에 사용된 모든 시약은 일본 순정화학의 제품이며 순도 93%이상으로 분석시약 급 이상으로 선정하였다.
- ③ 원심분리관에 일정량의 카올리나이트를 넣은 후 질산과 수산화나트륨을 사용하여 일정한 pH로 적정한다. ④ 원심분리관 안에 있는 카올리나이트가 부유 상태로 존재하여 흡착할 수 있도록 항온교반기에 사용하여 25℃에서 1분간 60회 반복 운동시켜 교반시간만큼 반응시킨 후 중금속의 농도를 분석한다.
- 따라서 본 연구의 회분식 흡착실험에서 적용할 교반 시간을 흡착평형시간 이상인 72시간으로 선정하였다.
- 이를 위해, 토양을 오염시키는 중금속 중 가장 많이 분포하는 납과 점토광물 중 비활성 점토인 카올리나이트를 선정하여 실내에서 회분식시험을 실시하여 흡착시간, 초기오염농도, pH, 혼합비 등의 영향인자에 의한 흡착 특성을 분석하고자 한다.
- model MRS 400MP, Simens)를 사용-하여정량 및 정성 분석하였다. 작열감량은 BalF)이 제안한 방법을 채택하여 시료 10 g를 사기도가니에 넣고 전기로에서 105±5℃로 완전히 건조시키고 무게를 측정한 후 다시 전기로에서 45(TC로 24시간 가열한 후에 무게를 측정하여 구하였다.
- 카올리나이트에 대한 납의 흡착 특성을 규명하기 위하여 반응시간, 오염농도, pH 및 혼합비에 따른 회분식 흡착시험을 수행한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 카올리나이트에 대한 납의 흡착평형도 달시간과 흡착능을 분석하고 pH와 혼합비가 카올리나이트에 대한 납의 흡착 특성에 미치는 영향을 규명하기 위해 Table 4와 같은 실험계획을 수립한 후 실내에서 회분식 흡착시험을 수행하였다. 카올리나이트에 대한 납의 흡착평형도달시간을 분석하기 위한 실험에서는 교반시간을 30분, 1시간, 2시간, 4시간, 8시간, 12시간, 1일, 2일, 3일 및 4일로 다르게 하여 실험을 수행하였다.
- 수행하였다. 카올리나이트에 대한 납의 흡착평형도달시간을 분석하기 위한 실험에서는 교반시간을 30분, 1시간, 2시간, 4시간, 8시간, 12시간, 1일, 2일, 3일 및 4일로 다르게 하여 실험을 수행하였다. 이때의 흙 중량에 대한 용액부피의 비 율인 혼합비는 us ebW의 추천값 10을 사용하였다.
- 카올리나이트에 흡착할 수 있는 납의 최대량을 산정하기위한 흡착능 실험에서는 초기오염농도를 30, 60, 250, 500, 1000, 1500 및 2000 mgM로 다르게 하였으며 교반시간을 흡착 평형 도달 시간 이상인 72시간 동안 충분히 교반하여 반응시켰다. 산정된 납의 최대흡착량은 회분식흡착실험시 오염농도 선정기준으로 이용되었다.
- 시료의 pH 는 #10체 (2 mm)를 통과한 시료 20 g과 증류수 50nH를혼합하여 자동교반기에서 1시간 동안 교반한 후 10분간 방치하고 잔류용액을 채취하여 pH를 측정하였다2). 투수 계수는 최적함수비보다 3% 큰 31%의 함수비로 건조밀도가 최대건조밀도의 95%이고 간극비가 0.927} 되도록 3층으로 나누어 정적으로 다짐하여 강성벽 투수시험기를 사용하여KS F 2322에서 규정하고 있는 정 수위 투수시험 방법에 의해 구했다.
- 혼합비변화가 키올리나이트에 대한 납의 흡착특성에 미치는 영향을 분석하기 위한 실험에서는 질산납 표준용액을 사용하여 초기오염농도가 100, 200 및 400 mg/1의 납수용액을 준비한 후 카올리나이트 4 g과 혼합비 2, 5, 8 및 10에 상응하는 납 수용액 8, 20, 32 및 40 ml를 pH값을 6.5로 적정한 다음 항온교반기를 이용하여 72시간 동안 충분히 흡착 반응시킨 후 분석하였다.
- 흡착능실험을 제외한 다른 회분식 흡착실험에서의 오염농도는 예비실험을 통해 결정된 카올리나이트에 대한 납의 최대흡착량 200 mg/1 을 기준&로 이하와 이상의 농도인 100, 400 mg/1 및 상응하는 농도인 200 mg/1으로 세 가지로 선정하였다. 이러한 이유는 최대흡착량 이하의 농도에서는 모든 납이 카올리나이트 표면에 흡착되는 반면, 최대흡착량 이상의 농도에서는 흡착능에 상응하는 납만 카올리나이트 표면에 흡착되고 나머지 납은 간극수에 잔류 되어 흡착특성에 영향을 미칠 것으로 예상되기 때문이다.
대상 데이터
- 포함된 카올리나이트이다. #200체 (0.074 mm) 통과량은 100%로 입자가 고운 미백색상태이며 실험시 항온건조기에서 로 일정량이 될 때까지 건조시킨 후에 데시케이터에 보관하면서 실험 재료로 사용하였다. 사용시료의 물리적 특성 및 화학적조성은 Table 1과 Table 2와 같다.
- 본 실험에서 사용된 흙은 국내산 상업용 카올리나이트로서 X-선 회절분석기로 분석한 결과 주된 구성광물은 석영이 포함된 카올리나이트이다. #200체 (0.
- 실험시 오염물질로 이용한 시약은 수용성인 질산납을 사용하였다. pH적정을 위한 용액은 질산과 수산화나트륨을 이용하여 조절하였다.
- pH적정을 위한 용액은 질산과 수산화나트륨을 이용하여 조절하였다. 실험에 사용된 모든 시약은 일본 순정화학의 제품이며 순도 93%이상으로 분석시약 급 이상으로 선정하였다. 사용시약의 화학적 특성은 Table 3 과 같다.
이론/모형
- 사용시료의 물리적 특성 및 화학적조성은 Table 1과 Table 2와 같다. Table 1에서 비표면적은 표면적분석기(surface area analyzer, model 22,000A, Micromeritics)를 사용하여 질소가스를 카올리나이트 표면에 흡착시켜 단분자층의 완료 시 흡착량을 구하는 BET식에 의해 구했다. 시료의 pH 는 #10체 (2 mm)를 통과한 시료 20 g과 증류수 50nH를혼합하여 자동교반기에서 1시간 동안 교반한 후 10분간 방치하고 잔류용액을 채취하여 pH를 측정하였다2).
- 산정된 납의 최대흡착량은 회분식흡착실험시 오염농도 선정기준으로 이용되었다. 또한, 본 실험 자료를 Freundlich의등온흡착식에 적용하여 흡착능을 분석하였다.
- 중금속의 농도분석은 표준시험법(APHA, AWW and WEF, 1998), 에 따라 원심분리기를 이용한 원심분리와 0.45 Um pore size의 멤브레인 필터로 고액 분리하여 전처리를시행한 후 AAS(atomic absorption spectrophotometer, model AA-Scanl, Thermo Jarrel Ash Co., 1993)를 사용하여분석하였다. 분석시 측정조건은 Table 5와 같다.
- 한편, 카올리나이트에 대한 납의 흡착능을 분석하기 위해 본 실험 자료를 Freundlich의 등온흡착식에 적용하였다. 적용된 Freundlich의 등온흡착식은 다음 식 (2) 와같다.
성능/효과
- Fig. 3(a)에서 볼 수 있는 바와 같이 초기오염농도에 관계없이 pH 값이 증가함에 따라 납의 흡착량은 증가하며 pH 값이 8이상에서는 납의 흡착량은 일정한 값에 수렴하는 것을 알 수 있다. 또한, Fig.
- 1) 반응시간경과에 따른 카올리나이트에 대한 납의 흡착은 초기오염농도에 따라 약간의 차이는 있지만 대체로수 시간을 전후로 24시간 이내에 평형이 이루어져 비교적 짧은 시간에 평형에 도달한다. 이때 최대흡착량 이하의 농도에서의 흡착율은 약 75-80% 정도이다.
- 2) 초기오염농도가 증가함에 따라 카올리나이트에 대한 납의 흡착량은 증가하나 초기오염농도 198mg/l 이상에서흡착율은 점차적으로 감소한다. Freundlich 흡착 등 온 식에 적용한 결과 흡착상수 1/ne 0.
- 3) 카올리나이트에 대한 납의 흡착은 초기오염농도에 관계없이 pH 값이 증가함에 따라 흡착량 및 흡착율은 증가하다가 pH 값이 8이상에서는 흡착율이 98% 이상으로 높은 홉작율을 나타내며 일정한 값에 수렴한다.
- 4) 혼합비가 증가함에 따라 카올리나이트에서의 납의 흡착량은 초기오염 농도에 관계없이 증가한다. 카올리나이트에서의 납의 최대 흡착율은 혼합비 8에서 나타나며 이 이상에서는 감소하는 경향이 있다.
후속연구
- 정화기술이 고려될 수 있다. 그러나 이러한 정화기법 등을 현장에 올바르게 적용하기 위해서는 토양과 오염 물질 간의 상호 계면특성 즉, 흡착, 탈착, 양이온 교환능력, 계면동전위 등의 특성이 체계적으로 분석되어야 할 것이다. 따라서 본 연구에서는 토양과 오염물질과의 상호계면 특성 중 흡착 특성을 규명코자 한다.
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