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문제 정의
- 그러나 중금속 입자들의 계면 화학적 변수 조절을 통하여 효과적으로 중금속 이온이 용출을 조절할 수 있다. 본 연구에서는 전기로 제강분진과 점토의 용출 거동을 분석하였고, 이에 따른 슬러리의 pH 조절을 통해 콜로이드/계면 성질을 분석함으로써 중금속 이온의 농도 감소와의 상관관계를 규명하고자 하였다.
제안 방법
- Table 1에 나타낸 건조된 적점토(C사)와 전기로 제강 분진 (D사) 을 사용하여 콜로이드/계면 특성을 분석하기 위해 침강 높이실험을 하였다. 시료의 슬러리 제조를 위해 점토에 전기로 제강분진의 함량을 0, 20, 40, 60, 80, 100wt%씩 첨가하고 고액 비를 1:2로 하여 1시간 동안 자석식 교반기에서 습식 혼합하였다.
- 습식 혼합을 시작한 15분 뒤 1 N의 NaOH을 이용하여 pH를 8, 10, 12로 조절하였다. 그리고 이렇게 제조된 슬러리를 메스실린더에서 3일 동안 침강시키면서 높이를 관찰하였다. 이때, 가라앉은 입자를 높이별로 채취하여 SEM(FESEM, field emission scanning electron microscope; JEOL JSM- 6500F) 및 EDS(energy dispersive X-ray spectrometer; OXFORD7557) 분석을 하였다.
- 따라서 전기로 제강분진이 적게 첨가될수록 점토에서 보이는 계면 화학적 성질을 보이게 되는데 특히 pH 12로 조절한 것에서 분산된 점토 콜로이드로 인해 용액이 노란빛을 띠는 것을 볼 수 있었다. 그리고 전기로 제강분진을 40 wt%< 첨가시켜 침강시킨 입자를 pH理로 채취하여 건조시킨 뒤 SEM 분석을 하였다. pH 8의 경우(Fig.
- Table 1에 나타낸 건조된 적점토(C사)와 전기로 제강 분진 (D사) 을 사용하여 콜로이드/계면 특성을 분석하기 위해 침강 높이실험을 하였다. 시료의 슬러리 제조를 위해 점토에 전기로 제강분진의 함량을 0, 20, 40, 60, 80, 100wt%씩 첨가하고 고액 비를 1:2로 하여 1시간 동안 자석식 교반기에서 습식 혼합하였다. 습식 혼합을 시작한 15분 뒤 1 N의 NaOH을 이용하여 pH를 8, 10, 12로 조절하였다.
- 이렇게 제조한 슬러리는 5 jim의 여과지로 걸러 낸다. 여액은 ICP-AES(ICP-1000IV, Shimadzu, Japan) 분석을 하였다.
- 그리고 이렇게 제조된 슬러리를 메스실린더에서 3일 동안 침강시키면서 높이를 관찰하였다. 이때, 가라앉은 입자를 높이별로 채취하여 SEM(FESEM, field emission scanning electron microscope; JEOL JSM- 6500F) 및 EDS(energy dispersive X-ray spectrometer; OXFORD7557) 분석을 하였다.
- 이때 pH는 acetic acid와 1 N의 NaOH를 사용하여 4, 6, 8, 10, 12로 조절하였다. 이렇게 제조된 슬러리를 1 μ이의 여과지에 거른 후 중금 속이 용출된 용액을 ICP-AES(ICP-1000IV, Shimadzu, Japan) 분석을 하였다[7].
- 이처럼 산성 영역에서는 중금속 이온이 많이 녹아 나와 전해질의 농도가 매우 높아져 전기 이중 층이 축소되어 응집이 발생하게 되고 따라서 제타포텐샬에 의한 정전기적 반발력보다 전해질의 농도가 지배하는 조건이므로 중금 속이온 농도가 상대적으로 작은 알칼리영역인 pH 8~12 에서 이온교환 능과 흡착의 성질을 이용하여 중금속 이온 농도 감소에 이용되는 점토를 전기로 제강분진에 혼합하여 pH 변화에 따른 점토-전기로 제강분진 계의 계면화학 적 성질이 중금속 이온 농도 감소에 미치는 영향을 관찰하였다.
- 전기로 제강분진에 적점토(C사)를 첨가한 뒤 pH에 따른 중금속 이온의 용출 거동을 분석하였다. 전기로 제강 분진 대 점토 비를 40 : 60, 80 : 20으로 하여 고액비 1 : 2로 1시간 동안 자석식 교반기에서 습식혼합을 하였다. 이때 pH는 1N의 NaOH를 사용하여 8, 10, 12로 조절 하였다.
- 전기로 제강분진 내에 존재하는 중금속 이온의 pH에 따른 용출 거동을 분석하였다. Table 1에 나타낸 전기로 제강분진(D사)을 고액비 1 :50으로 1시간 동안 자석식 교반기에서 습식혼합하였다.
- 전기로 제강분진과 전기로 제강분진에 점토를 첨가하였을 때의 중금속 이온의 용출 거동을 분석하였고, 이에 따른 콜로이드계면 성질을 알아보았다.
- 전기로 제강분진에 적점토(C사)를 첨가한 뒤 pH에 따른 중금속 이온의 용출 거동을 분석하였다. 전기로 제강 분진 대 점토 비를 40 : 60, 80 : 20으로 하여 고액비 1 : 2로 1시간 동안 자석식 교반기에서 습식혼합을 하였다.
- 전기로 제강분진에 점토를 첨가하고 pH 12로 조절함으로써 중금속 이온의 농도가 큰 폭으로 감소하였는데, 이렇게 전기로 제강분진과 점토의 콜로이드/계면 성질이 달라짐에 따라 중금속 이온 농도가 감소한 이유를 분석하기 위하여 점토-전기로 제강분진 슬립의 침강 높이실험을 하였다. 우선 점토만을 가지고 pH에 따른 침강 높이 실험을 하였을 때의 침강 높이를 Fig.
- 점토에 전기로 제강분진을 40, 80 w* t% 첨가하였을 때 pH에 따른 Zn과 Pb의 용출 거동을 분석하였다. Table 2 를 보면, pH 8~12에서 전기로 제강분진이 100 wt%일 때 (Fig.
대상 데이터
- 8은 점토와 ZnO의 제타 포텐샬 그래프이다. 전기로 제강분진 내에 다량 포함되어 있는 ZnO의 제타포텐샬을 대상으로 점토의 제타 포텐샬 과 비교해보면 다음과 같다. pH 8에서는 ZnO 입자는 (+)charge 를 띠고 점토 입자는 (-)charge를 띠는 것을 알 수 있다.
성능/효과
- 전기로 제강분진에 포함된 중금속은, 양쪽성 금속, 으 로 pH 10에서 중금속이 가장 적게 용출되는 것을 알 수 있었고, pH 8보다 pH 12에서 Zn의 경우 6~7배, Pb의 경우 약 50~100배 이상 더 용출되어 나왔다. 그리고 전기로 제강분진에 점토를 첨가함으로써 중금속 이온의 용출이 감소하는 것을 알 수 있었고 특히 pH 8에서보다 pH 12에서 중금속 이온의 용출 큰 폭으로 감소한 것을 알 수 있었다. 그리고 콜로이드/계면 성질 관찰 결과, 점토에서 pH 10과 12로 조절하였을 때, 점토에서 녹아나 온 Si 수화물이 점토 입자에 재흡착하여 형성한 PSHP 를 관찰할 수 있었다.
- 그리고 전기로 제강분진에 점토를 첨가함으로써 중금속 이온의 용출이 감소하는 것을 알 수 있었고 특히 pH 8에서보다 pH 12에서 중금속 이온의 용출 큰 폭으로 감소한 것을 알 수 있었다. 그리고 콜로이드/계면 성질 관찰 결과, 점토에서 pH 10과 12로 조절하였을 때, 점토에서 녹아나 온 Si 수화물이 점토 입자에 재흡착하여 형성한 PSHP 를 관찰할 수 있었다. 이 PSHP의 영향으로 pH에 따른 전기로 제강분진과 점토 슬러리에서의 중금속 이온의 농도는 pH 8보다 pH 12에서 더 효과적으로 감소한 것으로 사료된다.
- pH에 따른 침강높 이의 변화는 관찰할 수 없었으며 이는 전기로 제강분진에 함유된 다량의 전해질에 기인한 것으로 사료된다. 따라서 전기로 제강분진이 적게 첨가될수록 점토에서 보이는 계면 화학적 성질을 보이게 되는데 특히 pH 12로 조절한 것에서 분산된 점토 콜로이드로 인해 용액이 노란빛을 띠는 것을 볼 수 있었다. 그리고 전기로 제강분진을 40 wt%< 첨가시켜 침강시킨 입자를 pH理로 채취하여 건조시킨 뒤 SEM 분석을 하였다.
- 5급수 기준치인 5 ppm 이상인 6 ppm이 나왔다. 또한, pH 10에서는 전기로 제강분진을 100 wt%로 실험한 결과와 마찬가지로 Zn과 Pb 모두 용출되어 나오지 않은 것을 확인할 수 있었다.
- Cr의 경우, 마찬가지로 산성 영역에서는 큰 용출을 보였고 pH 6~8에서는 거의 용출되지 않았으나 pH 10 이상의 영역에서 다시 용출되는 것을 볼 수 있었다. 마지막으로 Cd의 경우, 산성 영역에서 알칼리영역으로 갈수록 용출량이 대폭 감소하는 것을 알 수 있다.
- 이 결과 전기로 제강분진에 점토를 첨가하고 pH 12로 습식혼합한 여액이 pH & 로 조절한 여액에 비해 더 큰 폭으로 중금속 이온의 용출량이 감소한 것을 알 수 있었다.
- 이러한 결과로 보았을 때, 전기로 제강분진은 Zn과 Pb이 다른 중금속에 비해 상당히 많은 양이 용출되어 나오는 것을 알 수 있었고 중금속 이온은 산성 영역으로 갈수록 급격한 용출 거동을 나타내며 알칼리영역에서도 산성 영역에 비해 작지만 중금속 이온의 용출을 볼 수 있었다. 또한 대부분의 중금속 이온은 pH 10에서 거의 용출되지 않는 것을 알 수 있었다.
- 전기로 제강분진에 포함된 중금속은, 양쪽성 금속, 으 로 pH 10에서 중금속이 가장 적게 용출되는 것을 알 수 있었고, pH 8보다 pH 12에서 Zn의 경우 6~7배, Pb의 경우 약 50~100배 이상 더 용출되어 나왔다. 그리고 전기로 제강분진에 점토를 첨가함으로써 중금속 이온의 용출이 감소하는 것을 알 수 있었고 특히 pH 8에서보다 pH 12에서 중금속 이온의 용출 큰 폭으로 감소한 것을 알 수 있었다.
- 그리고 전기로 제강분진만으로 실험한 결과, Zn의 경우 pH 12에서 pH 8보다 6~7배 정도 더 용출되었다. 하지만 점토를 첨가해 주면서 첨가하지 않은 결과와 대조적으로 pH 12보다 pH 8에서 7~28배 정도 더 많은 용출을 보였으며, Pb의 경우도 마찬가지로 전기로 제강분 진만으로 실험한 것보다 점토를 첨가해줌으로써 Pb의 용출량이 감소하였고, 특히 pH 8로 조절한 것보다 pH 12로 조절하여 습식혼합한 여액에서 용출량이 더 효과적으로 감소한 것을 알 수 있었다.
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