카올리나이트 KGa-1b (표준 점토)의 인산염 흡착 특성을 규명하기 위하여 벳치(batch) 흡착 실험을 실시하였다. 인의 함량은 UV 분광분석기를 시용하여 측정하였으며, 이 때 파장은 820 nm를 이용하였다. 반응 시간을 달리하면서 실험한 결과 카올리나이트의 인산염 흡착 반응 중 매우 빠른 반응은 $0{\sim}12$시간 사이에서 발생하며, 12시간 이후에는 천천히 일어나는 반응이 일어나는 것으로 판단된다. 인산염 용액과 반응하는 카올리나이트의 양이 0.25 g에서 0.50 g을 거쳐 1.0 g으로 증가함에 따라 흡착률은 대체로 증가하는 경향을 보인다. 회전하는 교반기를 사용하였을 경우, 회전하지 않는 교반기를 사용할 때에 비하여 흡착률이 약 $11{\sim}15%$ 정도 증가하였다. 배경전해질 KCl의 농도가 $0.01M{\sim}0.1M$ 사이에서는 농도 변화가 흡착에 거의 영향을 미치지 못하는 것으로 보아, 인산염은 내부권 복합체로 존재하는 것으로 판단된다. 그러나 농도가 1.0 M로 증가할 때 흡착량이 감소하는데, 이것은 외부권 복합체로도 존재 가능함을 시사하고 있다. pH가 증가하면 대체적으로 인산염의 흡착량은 감소하는 경향을 나타내고 있으며, 카올리나이트 KGa-1b를 이용한 인산염 흡착은 랑미어 흡착등온선에 더욱 잘 부합하는 경향을 보여주고 있다.
카올리나이트 KGa-1b (표준 점토)의 인산염 흡착 특성을 규명하기 위하여 벳치(batch) 흡착 실험을 실시하였다. 인의 함량은 UV 분광분석기를 시용하여 측정하였으며, 이 때 파장은 820 nm를 이용하였다. 반응 시간을 달리하면서 실험한 결과 카올리나이트의 인산염 흡착 반응 중 매우 빠른 반응은 $0{\sim}12$시간 사이에서 발생하며, 12시간 이후에는 천천히 일어나는 반응이 일어나는 것으로 판단된다. 인산염 용액과 반응하는 카올리나이트의 양이 0.25 g에서 0.50 g을 거쳐 1.0 g으로 증가함에 따라 흡착률은 대체로 증가하는 경향을 보인다. 회전하는 교반기를 사용하였을 경우, 회전하지 않는 교반기를 사용할 때에 비하여 흡착률이 약 $11{\sim}15%$ 정도 증가하였다. 배경전해질 KCl의 농도가 $0.01M{\sim}0.1M$ 사이에서는 농도 변화가 흡착에 거의 영향을 미치지 못하는 것으로 보아, 인산염은 내부권 복합체로 존재하는 것으로 판단된다. 그러나 농도가 1.0 M로 증가할 때 흡착량이 감소하는데, 이것은 외부권 복합체로도 존재 가능함을 시사하고 있다. pH가 증가하면 대체적으로 인산염의 흡착량은 감소하는 경향을 나타내고 있으며, 카올리나이트 KGa-1b를 이용한 인산염 흡착은 랑미어 흡착등온선에 더욱 잘 부합하는 경향을 보여주고 있다.
The characteristics of phosphate adsorption on kaolinite was studied by batch adsorption experiments. The phosphorous contents was measured using UV spectrometer with 820 nm wavelength. The experiment with changing reaction time revealed that fast P adsorption occurred within $0{\sim}12$ ...
The characteristics of phosphate adsorption on kaolinite was studied by batch adsorption experiments. The phosphorous contents was measured using UV spectrometer with 820 nm wavelength. The experiment with changing reaction time revealed that fast P adsorption occurred within $0{\sim}12$ hour, whereas slow adsorption reaction began after 12 hour. The adsorption percentage depended on kaolinite amount in phosphate solution. Rotary-shaker enhanced the adsorption percentage up to $11{\sim}15%$. The phosphorous adsorption appears to be insensitive to change in the ionic strength of KCl between 0.01 M and 0.1 M. From this result, we can conclude that phosphate was adsorbed on kaolinite as inner-sphere complexes. However, the ionic strength increased to 1.0 M, adsorption decreased. It suggests that phosphate may be adsorbed as outer-sphere complexes. Phosphate adsorption decreased with increasing pH value, but it is not distinct. The adsorption isotherms were well fitted with the Langmuir equation.
The characteristics of phosphate adsorption on kaolinite was studied by batch adsorption experiments. The phosphorous contents was measured using UV spectrometer with 820 nm wavelength. The experiment with changing reaction time revealed that fast P adsorption occurred within $0{\sim}12$ hour, whereas slow adsorption reaction began after 12 hour. The adsorption percentage depended on kaolinite amount in phosphate solution. Rotary-shaker enhanced the adsorption percentage up to $11{\sim}15%$. The phosphorous adsorption appears to be insensitive to change in the ionic strength of KCl between 0.01 M and 0.1 M. From this result, we can conclude that phosphate was adsorbed on kaolinite as inner-sphere complexes. However, the ionic strength increased to 1.0 M, adsorption decreased. It suggests that phosphate may be adsorbed as outer-sphere complexes. Phosphate adsorption decreased with increasing pH value, but it is not distinct. The adsorption isotherms were well fitted with the Langmuir equation.
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제안 방법
반응 시간은 1시간부터 10일까지로 하였으며, 저농도(0.1 mM)와 고농도(0.3 mM) 2가지 경우로 나누어 실험하였다.
배경전해질의 이온 세기가 흡착 반응에 어떤 영향을 미치는가를 알아보기 위하여 pH를 5.5로 고정시킨 상태에서, KCl 용액의 농도를 0.01 M, 0.1 M 및 1.0 M로 변화시키면서 흡착 실험을 실시하여 그 결과를 비교하였다. 실험 결과는 그림 4에 제시되어 있다.
배경전해질의 이온세기가 흡착에 미치는 영향을 알아보기 위하여 KCl 의 농도를 0.01 M, 0.1 M 및 1.0 M로 바꾸어 실험을 실시하였다.
실험 결과를 프로인드리 히 흡착등온선(Fre undlich adsorption isotherm)과 랑미어 흡착 등온선(Langmuir adsorption isotherm)을 이 용하여 해석한 후, 그 결과를 비교 검토하였으며, 랑미어최대 흡착능과 흡착계수를 계산하였다.
양이온이나 음이온이 광물에 흡착되는 정도는 pH에 따라서 달라질 수 있기 때문에 pH를 4.0, 5.5, 7.0 그리고 9.0으로 변경하여 흡착 실험을 실시하였으며, 실험의 재현성을 확인하기위하여 똑 같은 실험 조건에서 약 한달 간격으로 실시하였다.
25 mL 원심분리기 튜브에 일정한 양의 카올리나이트를 담은후 25 mL의 인산염용액을 첨가한 후, 교반기를이용하여 반응시켰다. 원심분리기를 이용하여 7, 000 rpm에서 20분 동안 원심분리한 후 상층액을 0.45 μm 필터 (membrane filter)를 이용하여 거른 후 pH를 재측정하고, 인 함량을 분석하였다. 모든 실험은 상온 상태에서 진행하였다.
이러한 실험 결과가 실험상의 잘못이나, 실험자의 실수로 일어난 것인지를 검증하기 위하여인산염 용액과 반응하는 카올리나이트의 양은 1.0 g, 배경전해질 농도는 0.1 M, 용액의 pH는 5.5인 상태에서 약 한달 간격으로 똑 같은 실험을 실시하여 그 결과를 비교하였다(그림 6). 그림 6에서 볼 수 있는 바와 같이 두 자료는 정확하게 일치하는 것으로 미루어 보아 실험은 아주 정확하게 실시되었음을 확인할 수 있다.
힘든 경향을 가지고 있다. 이런 단점을 해결하기 위하여 이번 연구에서는 수직으로 회전이 가능한 회전식 교반기(rotating shaker)를 활용하여, 카올리나이트와 인산염 사이의 반응을연구하였는더], 이와 비교하기 위하여 회전하지 않는 교반기를 사용한 실험도 동시에 실시하였다.
인산염 옹액 25 mL과 반응하는 카올리나이트의 양은 1.0 g, 배경전해질 농도는 0.1 M로고정시킨 상태에서, 용액의 pH를 4.0, 5.5, 7.0 및 9.0으로 변화시키면서 흡착실험을 실시하였으며, 그 걸과 그림 5에 제시하였다.
바꾸어 실험하였다. 인산염 용액과 반응하는카올리나이트의 질량이 어떤 영향을 미치는가를 알아보기 위하여 0.25, 0.50 및 1.0 g으로 바꾸면서 실험하였다.
카올리나이트와 반응하는 인산염 용액의 양은 25 mL로 고정시킨 상태에서, 카올리나이트의 양을 0.25 g, 0.50 g 및 1.0 g으로 변화시킬경우 흡착 실험을 실시하였으며, 그 결과를 그림 2에 나타내었다.
카올리나이트의 인산염 흡착 특성을 자세하게 알아보기 위하여 반응시간을 1시간, 3시간, 6시간, 12시간, 1일, 2일, 3일, 4일 그리고 10일로 바꾸어 실험하였다. 인산염 용액과 반응하는카올리나이트의 질량이 어떤 영향을 미치는가를 알아보기 위하여 0.
흡착 실험에 사용된 인산염 용액은 KH2PO4 시 약을 이용하여 0.5 mM 원액(stock sloution)을만든 후, KCl 배경전해질을 이용하여 0.02, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25 및 0.30 mM 용액으로 묽힌 후 카올리나이트와 반응시켰다. 카올리나이트와 반응시키기 전 용액을 pH를 일정하게유지하기 위하여(대부분의 경우 pH 5.
대상 데이터
nm 파장을 사용하였다. 발색용액은 6 N H2SO4, 2.5% Ammonium Molybdate 및 10% Ascorbic Acid 용액을 KCl 용액에 혼합한 후사용 하였다(Eaton et al., 2005). 발색용액을 섞은 후 1 시간이 경과한 후 측정하였다.
상층액 내 인 함량 분석은 퍼듀대학교 농학과에 있는 Perkim-Elmer Spectrometer Lambda 19 UV/VIS/NIR 분광분석기를 이용하였으며, 820 nm 파장을 사용하였다. 발색용액은 6 N H2SO4, 2.
이번 실험에서는 카올리나이트와 반응하는 인산염 용액의 배경전해질로써 KCl 용액을 사용하였다. 배경전해질의 이온 세기가 흡착 반응에 어떤 영향을 미치는가를 알아보기 위하여 pH를 5.
이번 연구에서는 미국 점토광물학회 (Clay Min erals Society)에서 관리하는 표준 점토(Source Clay) KGa-1b 카올리나이트를 사용하였다. 이시료는 미국 조지아주 Washington County에서 생산된 것으로서, 결함(defect)이 거의 없고 결정도가 아주 좋은 카올리나이트이다.
이시료는 미국 조지아주 Washington County에서 생산된 것으로서, 결함(defect)이 거의 없고 결정도가 아주 좋은 카올리나이트이다. X선 회절 분석 결과에 의하면 카올리나이트가 96% 이상 함유되어 있고, 불순물로 anatase, crandallite 및 석영이 포함되어 있다(Chipera and Bish, 2001).
성능/효과
1) 카올리나이트의 인산염 흡착 반응 중 매우 빠른 반응은 0〜12시간 사이에서 발생하며, 12 시간 이후에는 천천히 일어나는 반응이 일어나는 것으로 판단된다. 흡착 속도가 최대인 시간은 0〜1시간이며, 인산염 용액과 카올리나이트 사이의 흡착 반응은 2일에서 3일 사이에 최대에 도달한다.
2) 인산염 용액과 반응하는 카올리나이트의양이 많아짐에 따라 흡착률은 대체로 증가하는경향을 보인다. 인산염 용액 25 mL와 반응하는카올리나이트의 양이 최소한 1.
3) 회전하는 교반기를 사용하였을 경우, 회전하지 않는 교반기를 사용할 때에 비하여 흡착률이 약 11〜15% 정도 증가하였다.
4) 배경전해질 KCl 의 농도가 0.01 M〜0.1 M 사이에서는 농도 변화가 흡착에 거의 영향을미치지 못하는 것으로 보아, 인산염은 내부권복합체로 존재하는 것으로 판단된다. 그러나 농도가 1.
5) pH가 증가하면 대체적으로 인산염의 흡착량은 감소하는 경향을 나타내고 있지만, 기존연구와 같이 명확하지는 못한다.
6) 카올리나이트 KGa-1b를 이용한 인산염 흡착 실험 결과는 프로인드리히 흡착등온선 보다랑미어 흡착등온선에 더욱 잘 부합하는 경향을보여주고 있다. 랑미어 흡착등온식을 이용하여계산된 최대 흡착능의 평균값은 119 mg/kg이다.
5인 상태에서 약 한달 간격으로 똑 같은 실험을 실시하여 그 결과를 비교하였다(그림 6). 그림 6에서 볼 수 있는 바와 같이 두 자료는 정확하게 일치하는 것으로 미루어 보아 실험은 아주 정확하게 실시되었음을 확인할 수 있다.
이번 연구의 경우 pH 5.5인 상태에서 이온세기가 0.01 M에서 0.1 M로 증가한 경우에는 인산염 흡착이 변화되지 않은 것으로 미루어 보아 다른 연구 결과와 마찬가지로, 인산염이 카올리나이 트 표면 에 내 부권 복합체 로 흡착되 었음을 알 수 있다. 그러나 이온세기가 1.
반응시간이 1시간에서 1일까지 길어짐에 따라 흡착률은 급격하게증가하다가 1일에서 2일로 증가하면 흡착률이약간 증가하고, 2일보다 반응시간이 길어지면흡착률이 감소하지만, 4일보다 길어지면 변화가거의 없다. 이와 같은 실험 결과를 토대로 인산염 용액과 카올리나이트 사이의 흡착 반응은 2 일에서 3일 사이에 최대에 도달한다는 사실을알 수 있다. 추후 흡착 반응은 반응 시간을 2일로 하여 실시하였다.
후속연구
0 M로 증가할 때 흡착량이 감소하는더】, 이것은 외부권 복합체로도 존재 가능함을 시사하고 있다. 그러나 인산염의 정확한 흡착 상태를 규명하기 위해서는 다른 연구 방법을 이용하여 보다 자세하게 연구해야 한다.
0 g인 경우에는 대부분 50%를넘는다. 그러므로 인산염 용액과 카올리나이트의 흡착 반응을 연구할 경우에 최소한 1.0 g 이상의 카올리나이트를 반응시켜야만 좋은 결과를 얻을 수 있을 것으로 사료된다.
, 1998), 그 물리적-화학적 특성이 완전하게 파악된 표준점토 (source clay)를 이용한 연구는 아직 수행되지 못하고 있다. 이번 연구에서는 표준점토의 하나로써 광물학적 특성이 잘 규명된 카올리나이트 KGa- 1b를 이용하여 인산염 흡착 특성을 규명할 예정이다. 카올리나이트는 우리나라 토양에 가장 많은 점토광물이므로, 이 연구는 추후 우리나라 토양에 의한 인산염 흡착 연구에 토대가 될 것으로 판단된다.
이번 연구에서는 표준점토의 하나로써 광물학적 특성이 잘 규명된 카올리나이트 KGa- 1b를 이용하여 인산염 흡착 특성을 규명할 예정이다. 카올리나이트는 우리나라 토양에 가장 많은 점토광물이므로, 이 연구는 추후 우리나라 토양에 의한 인산염 흡착 연구에 토대가 될 것으로 판단된다.
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