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문제 정의
- 이에 본 연구에서는 의약품, 정밀화학제품, 반도체 제조공정에 사용되는 공정용수 및 각종 폐수에 함유되어 있는 중금속 성분을 제거하기 위해 섬유, 음료수병, 각종용기 폐기물인 PET 소재를 부직포로 재활용하여 중금속 홉착제거용 소재를 제조하여 Zn, Cu, Ni의 환경오염 및 인체 유해성 중금속 물질의 흡착특성과 제거 효율에 대해 연구하였다.
제안 방법
- FT-IR(Bio-Rad) 분석은 KBr disk법에 의해 400 -4000cm1 범위에서 분석을 수행하였다. 또한 EDAX(S-4500 Scanning Electron Micro scope, Hitachi) 를 사용하여 164eV resolution으로 0~20keV의 범위에서 full scale 32cps로 point EDAX를 실시함으로써 PET의 sulfonation 여부를 분석하였다.
- 본 실험에서 중금속을 정량하기 위해 사용한 분석기기는 ICP(Inductively Coupled Plasma, SPS-7000, SEIKO)로 forward power l.0kw, plasma gas 16 ℓ/min, auxiliary gas 1 ℓ /min, carrier gas 0.7 ℓ/min의 유속으로 분석 측정하였다. FT-IR(Bio-Rad) 분석은 KBr disk법에 의해 400 -4000cm1 범위에서 분석을 수행하였다.
- 폐기물인 PET NWF 소재를 이용하여 중금속 흡착제거용 소재를 제조하여 Zn, Cu, Ni의 환경오염 및 인체유해성 중금속 물질의 흡착 특성과 제거 효율에 대해 연구실험을 수행한 결과는 다음과 같다.
대상 데이터
- 1) PET의 solvent로 l, 2-Dichloroethane(DCE)을 술폰화제로 Chloro Sulfuric Acid(CSA)를 사용하였다. 시약은 1급시야을 사용하였으며 금속이온 표준용액은 lOOOppm 표준용액을 희석하여 사용하였다.
- 사용하였다. 시약은 1급시야을 사용하였으며 금속이온 표준용액은 lOOOppm 표준용액을 희석하여 사용하였다.
데이터처리
- 각 중금속 측정항목과 분석 자료의 통계적 검정은 SPSS/PC+와 SAS를 이용하였고, 유의성 검정을 위해 t - test, 분산 분석(ANOVA) 및 correlation을 실시하였다18).
이론/모형
- 7 ℓ/min의 유속으로 분석 측정하였다. FT-IR(Bio-Rad) 분석은 KBr disk법에 의해 400 -4000cm1 범위에서 분석을 수행하였다. 또한 EDAX(S-4500 Scanning Electron Micro scope, Hitachi) 를 사용하여 164eV resolution으로 0~20keV의 범위에서 full scale 32cps로 point EDAX를 실시함으로써 PET의 sulfonation 여부를 분석하였다.
성능/효과
- 1) EDAX spectrum 측정 결과 Sulfur 성분이 검출 되었으며 FT-IR에 측정 결과 1069cm-1에서 S-0의 새로운 stretching vigation peak가 형성됨으로써 PET NWF의 sulfonation 반응이 잘 이루어진 것으로 나타났다.
- 2) 금속이온의 흡착능은 Ni 이온이 가장 높은 흡착율을 보였으며, 다음으로는 Zn 이온이었고 Cu 이온에서 가장 적은 홉착율을 보였다.
- 2) 본 실험에 사용되는 PET는 70℃온도의 건조기에 48시간 건조되었으며 무게는 0.3g씩 균등 분배하여 실험하였다. 용제는 DCE을 각각의 비이커에 19g으로 고정시키고 CSA와 시간을 변수로 두었으며, 실험조건은 Table 1과 같다
- 3) 전 금속이온에서 술폰화 시간에 따른 중금속 흡착율의 변화는 거의 나타나지 않았다.
- 4) 흡착 시간 변화에 따른 금속이온의 흡착량은 60min과 120min 사이에서 높은 효율의 홉착율을 보였다.
- 5) CSA 사용량과 Zn 이온과 Cu 이온의 흡착량은 음의 상관관계, Zn 이온 흡착량과 Ni 이온, Cu 이온 흡착량과는 양의 상관관계, Ni 이온 흡착량과 Cu 이온 흡착량과는 양의 상관관계를 보였으며, 통계적으로도 유의하였다.
- 6) PET 부직포의 술폰화시간, 흡착시간과 금속이온 흡착량과는 상관성이 없었다.
- 흡착량 간의 상관관계는 Table 2와 같다. CSA 사용량과 Zn 이온과 Cu 이온의 흡착량은 r =-0.33784, r =-0.61177로 음의 상관관계을 보였으며 통계적으로도 유의수준(p<0.05, p<0.01)의 값을 나타내었다. 그 밖의 술폰화시간, 흡착 시간과 금속이온 흡착량과는 상관성이 없었다.
- 금속이온의 흡착능은 Ni 이온이 가장 높은 흡착율을 보였으며, 다음은 Zn 이온이었고 Cu 이온이 가장 낮은 흡착율을 나타내었다. CSA가 0.2g과 0.3g에서 대체적으로 높은 홉착능을 보였으며, 0.4g에서는 낮은 값을 보였다. 따라서 CSA의 사용은 0.
- CSA가 0.2g과 0.3g에서 대체적으로 높은 흡착능을 보였으며, 0.4g에서는 낮은 값을 보였다. Ni 이온과 zn 이온은 120min에서 가장 높은 흡착율을 보였으며 그 다음으로는 60min 순이였으며, Cu 이온은 60min에서 가장 높은 흡착율을 보였다.
- 4g에서는 낮은 값을 보였다. Ni 이온과 zn 이온은 120min에서 가장 높은 흡착율을 보였으며 그 다음으로는 60min 순이였으며, Cu 이온은 60min에서 가장 높은 흡착율을 보였다.
- 그 밖의 술폰화시간, 흡착 시간과 금속이온 흡착량과는 상관성이 없었다. Zn 이온 흡착량과 Ni 이온, Cu 이온 흡착량과는 r = 96475, r = 0.51614로 양의 상관관계를 보였으며, 통계적으로도 유의수준(P <0.01)의 값을 나타내었다.
- 금속이 온의 흡착량의 기본이 되는 PET의 sulfonation 특성은 Fig. 1과 같이 EDAX(Energy Dispersive X-ray Spectrometer)분석을 통하여 0.5, 2.15keV에서 sulfiir group의 peak가 측정되어 PET 부직포의 국소부위에 sulfur group이 도입되어 화학적 결합을 이루고 있으며 PET 부직포의 sulfonation이 적절히 이루어 진 것으로 나타났다.
- 5와 같다. 금속이온의 흡착능은 Ni 이온이 가장 높은 흡착율을 보였으며, 다음으로는 Zn 이온이었고 Cu 이온에서 가장 적은 흡착율을 보였다.
- 4와 같다. 금속이온의 흡착능은 Ni 이온이 가장 높은 흡착율을 보였으며, 다음으로는 zn 이온이였고 Cu 이온에서 가장 적은 흡착율을 보였다.
- 3과 같다. 금속이온의 흡착능은 Ni 이온이 가장 높은 흡착율을 보였으며, 다음은 Zn 이온이었고 Cu 이온이 가장 낮은 흡착율을 나타내었다. CSA가 0.
- 01) 값을 나타내었다. 따라서 CSA 사용량은 금속이온의 흡착에 음의 상관관계를 보이므로 CSA의 사용량은 적게 사용하는 것이 바람직 할 것으로 사료되나, Fig. 4의 결과로는 0.2g과 0.3g의 차이가 미약하여 0.2g 정도 사용하는 것이 바람직 할 것으로 사료된다.
- 연구가 전무한 상태이다. 섬유상 중금속흡착 특성은 그 비 표면적이 다른 물질에 비하여 크기 때문에 효율이 큰 흡착성능을 나타내는 것으로 알려져 있으며 본 연구는 폐기물로 다량 발생되는 폐자원의 재활용과 동시에 환경오염물질인 중금속을 제거하기 위해 폐 PET 섬유를 이용한 중금속 흡착으로 환경오염의 감소 등 synergy 효과를 나타낼 수 있다.
후속연구
- 4g에서는 낮은 값을 보였다. 따라서 CSA의 사용은 0.2g에서 0.3g 정도 사용하는 것이 효율적인 PET sulfonation 사용량으로 측정되었으며, CSA의 사용량과 PET sulfbnation과의 관계는 추후 좀더 연구되여야 할 것으로 사료된다.
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