흰색, 노란색, 정제된 노란색 등 3 가지 종류의 영동 일라이트에 대하여 정량 X선 회절분석법에 의하여 광물조성을 구하였으며, 레이저 입도분석기를 이용하여 입자 크기 및 입도 분포를 측정하였다. 영동 일라이트의 인산염 흡착 특성을 규명하기 위하여 배치(batch) 흡착 실험을 실시하였다. 흰색 일라이트는 노란색 일라이트에 비하여 적은 양의 일라이트를 포함하고 있지만, 입자 크기는 더 작다. 정제된 노란색 일라이트는 정제하지 않은 시료에 비하여 월등히 많은 일라이트를 포함하며, 입자 크기도 훨씬 미세하다. 일라이트의 양이 많아짐에 따라 인산염의 흡착률은 대체로 증가하는 경향을 보이는데 반하여, pH가 증가하면 인산염의 흡착량은 감소하는 경향을 나타낸다. 일반적으로 일라이트의 함량이 많고, 입자 크기가 미세할수록 인산염의 흡착량이 증가하지만, 일라이트의 함량이 적은 흰색일라이트가 노란색 일라이트보다 더 많은 인산염을 흡착하는 이유는 작은 입자 크기, 높은 층간 전하, 낮은 사면체 자리의 치환에 기인한 것으로 여겨진다. 흰색 일라이트는 랑미어 흡착등온선, 노란색 일라이트는 프로인드리히 흡착등온선에 더욱 잘 부합하는 경향을 보여주고 있다.
흰색, 노란색, 정제된 노란색 등 3 가지 종류의 영동 일라이트에 대하여 정량 X선 회절분석법에 의하여 광물조성을 구하였으며, 레이저 입도분석기를 이용하여 입자 크기 및 입도 분포를 측정하였다. 영동 일라이트의 인산염 흡착 특성을 규명하기 위하여 배치(batch) 흡착 실험을 실시하였다. 흰색 일라이트는 노란색 일라이트에 비하여 적은 양의 일라이트를 포함하고 있지만, 입자 크기는 더 작다. 정제된 노란색 일라이트는 정제하지 않은 시료에 비하여 월등히 많은 일라이트를 포함하며, 입자 크기도 훨씬 미세하다. 일라이트의 양이 많아짐에 따라 인산염의 흡착률은 대체로 증가하는 경향을 보이는데 반하여, pH가 증가하면 인산염의 흡착량은 감소하는 경향을 나타낸다. 일반적으로 일라이트의 함량이 많고, 입자 크기가 미세할수록 인산염의 흡착량이 증가하지만, 일라이트의 함량이 적은 흰색일라이트가 노란색 일라이트보다 더 많은 인산염을 흡착하는 이유는 작은 입자 크기, 높은 층간 전하, 낮은 사면체 자리의 치환에 기인한 것으로 여겨진다. 흰색 일라이트는 랑미어 흡착등온선, 노란색 일라이트는 프로인드리히 흡착등온선에 더욱 잘 부합하는 경향을 보여주고 있다.
Mineral compositions were determined using quantitative X-ray diffraction analysis on the three kinds of Youngdong illite consisting of white, yellow and refined yellow samples. Mean particle size and their size distribution patterns were measured by laser particle size analyzer. The characteristics...
Mineral compositions were determined using quantitative X-ray diffraction analysis on the three kinds of Youngdong illite consisting of white, yellow and refined yellow samples. Mean particle size and their size distribution patterns were measured by laser particle size analyzer. The characteristics of phosphate adsorption on illite were studied through batch adsorption experiments. The white illite has less illite content, but is finer than that of yellow. The refined yellow illite has more illite content and finer particle size compared with those of raw yellow illite. The adsorption rate of phosphate generally increases when the mass of illite increases, whereas adsorption quantity decreases with ascending pH. The phosphate adsorption usually increases with ascending illite content or descending particle size. Although the white illite has lower illite content than the yellow, the former has higher phosphate adsorption quantity than the latter. This can be ascribed to the fine particle size, high interlayer charge, and low substitution in tetrahedral site of white illite. The adsorption isotherms of white illite are well fitted with the Langmuir equation, however those of yellow one are better with Freundlich equation.
Mineral compositions were determined using quantitative X-ray diffraction analysis on the three kinds of Youngdong illite consisting of white, yellow and refined yellow samples. Mean particle size and their size distribution patterns were measured by laser particle size analyzer. The characteristics of phosphate adsorption on illite were studied through batch adsorption experiments. The white illite has less illite content, but is finer than that of yellow. The refined yellow illite has more illite content and finer particle size compared with those of raw yellow illite. The adsorption rate of phosphate generally increases when the mass of illite increases, whereas adsorption quantity decreases with ascending pH. The phosphate adsorption usually increases with ascending illite content or descending particle size. Although the white illite has lower illite content than the yellow, the former has higher phosphate adsorption quantity than the latter. This can be ascribed to the fine particle size, high interlayer charge, and low substitution in tetrahedral site of white illite. The adsorption isotherms of white illite are well fitted with the Langmuir equation, however those of yellow one are better with Freundlich equation.
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문제 정의
최근에는 이 광석의 이용 범위를 다변화하기 위하여 일 라이트를 정제하는 기술에 대한 연구도 수행된 바 있다(김상배 등, 2005). 이번 연구의 목적은 용궁일 라이트 광석에 대한 다양한 조건에서의 인산염 흡착 특성을 규명하는 것이다. 일라이 트는 카올리나이트와 더불어 우리나라 토양에 가장 많은 점토광물이므로, 이 연구는 추후 우리나라 토양에 의한 인산염 흡착 연구에 기초가 될 것으로 판단된다.
제안 방법
분석하였다. 각 시료 당 3번씩 반복 측정하여 정확도를 높이고자 하였다.
배경전해질 KC1 의 농도는 0.1 M, 수직으로 회전이 가능한 회전식 교반기(rotating shaker)를 활용하여 24시간 동안 일라이트와 인산염 사이의 흡착 실험을 시행하였다.
시료의 광물 조성을 정량적으로 측정하기 위하여 정량 X선 회절 분석을 실시하였다. X선회절 분석은 경상대학교 지구환경과학과에 있는 Simens/Bruker D5005 고분해능 X선 회절분석기를 이용하였으며, 흑연 단색화장치(graphite monochromator) 를 부착하여 단색화된 파장 (CuKa = 1.
시료의 입자 크기와 그 분포를 BECKMAN COULTER사의 LS230 레이저 회절 입도분석기 (Laser Diffraction Particle Size Analyzer)를 이용하여 분석하였다. 각 시료 당 3번씩 반복 측정하여 정확도를 높이고자 하였다.
실험결과를 프로인드리히 흡착등온선(Freundlich adsorption isotherm)과 랑미어 흡착 등온선(Langmuir adsorption isotherm)을 이용하여 해석한 후, 그 결과를 비교 검토하였으며, 랑미어 최대 흡착능과 흡착계수를 계산하였다.
50 mL 원심분리기 튜브에 일정한 양의 일라이트를 담은 후, 25 mL의 인산염 용액을 첨가하여 교반하면서 반응시켰다. 원심분리기를 이용하여 7, 000 rpm에서 20분 동안 원심분리한 후 상층액을 0.45 gm 필터 (membrane filter)로 여과한 용액에 대하여 pH 를 재측정하고, 인 함량을 분석하였다. 모든 실험은 상온 상태에서 진행하였다.
인산염 용액 25 mL와 반응하는 일 라이트의 양은 1.5 g, 배경전해질 농도는 0.1 M로 고정시킨 상태에서, 용액의 pH를 4부터 9까지 pH를 1 씩 증가시키면서 흡착실험을 실시하였으며, 그 결과를 그림 3에 제시하였다.
인산염 용액과 반응하는 일라이트의 양에 따라 어떤 변화가 일어나는가를 관찰하기 위하여 일 라이트의 함량을 0.2, 0.8, 1.0, 1.2 및 1.5 g으로 바꾸어 가면서 흡착 실험을 실시하였다. 인산염 이온이 광물에 흡착되는 정도는 pH에 따라서 달라질 수 있기 때문에 pH를 4.
인산염 용액과 반응하는 일라이트의 양은 1.5 g, 배 경전해 질 농도는 0.1 M, 용액 의 pH는 4인조 건에서 일라이트 종류에 따른 흡착량의 변화양상을 비교하여 보았다. 모든 조건을 동일하게하기 위하여 이번 흡착 실험에서 인산염 용액의 최대 농도인 1.
5 g으로 바꾸어 가면서 흡착 실험을 실시하였다. 인산염 이온이 광물에 흡착되는 정도는 pH에 따라서 달라질 수 있기 때문에 pH를 4.0, 5.0, 6.0, 7.0, 8.0 그리고 9.0으로 변경하여 흡착 실험을 실시하였다. 실험의 재현성을 확인하기 위하여 같은 실험 조건에서 같은 실험을 3번씩 반복 실시한 것도 있다.
일라이트와 반응하는 인산염 용액의 양은 25 mL, pH는 4로 고정시킨 상태에서, 흰색 일 라이트 시료의 양을 0.2 g, 0.8 g, 1.0 g, 1.2 g 및 1.5 g으로 변화시킬 경우 흡착 실험을 실시하였으며, 그 결과를 그림 2A에 나타내었다. 그림 2A에서 볼 수 있는 바와 같이 인산염 용액과 반응하는 일라이트의 양이 많아짐에 따라 흡착률은 대체로 증가하는 경향을 보인다.
그림 3A와 3B를 비교할 경우 흰색 일라이트와 노란색 일라이트의 흡착양상은 다름을 알 수 있는데, 이에 대해서는 나중에 다시 언급하겠다. 정제된 노란색 일 라이트에 대해서는 pH 4, 7, 9에 대해서만 흡착 실험을 실시하였다(그림 3C). 이 시료 역시 pH가 증가하면 흡착률은 감소하는더】, pH가 4에서 7로 증가할 때에는 흡착량의 변화가 매우 크지만, pH가 7에서 9로 증가할 경우에는 아주 작은 감소 양상을 관찰할 수 있다.
대상 데이터
X선회절 분석은 경상대학교 지구환경과학과에 있는 Simens/Bruker D5005 고분해능 X선 회절분석기를 이용하였으며, 흑연 단색화장치(graphite monochromator) 를 부착하여 단색화된 파장 (CuKa = 1.5406 A)을 사용하였다. 분석 조건은 40 kV/35 mA, 3~90° 2(9 구간에서 주사 간격 0.
같다. 그림 1에서 보는 바와 같이 이번 연구에 사용된 시료는 3가지 모두 일라이트, 석영을 주로 하고 사장석과 카올리나이트가 소량 포함되어 있다. 정량 X선 회절 분석법에 의하여 결정된 각 시료의 광물 조성은 표 1에 제시되어있다.
5%로 구성되어 있는데, 흰색 일 라이트에 비하여 석영의 함량은 적고, 일라이트의 함량은 많다. 노란색 일라이트를 정제한 시료는 일 라이트 78.9%, 석영 26.3%, 사장석 1.7%로 구성되어 있는데, 정제하지 않은 시료에 비하여 일 라이트의 함량이 매우 증가하였다.
발색 용액은 6 N H2SO4, 2.5% Ammonium Molybdate 및 10% Ascorbic Acid 용액을 KC1 용액에 혼합한 후 사용하였다(Eaton et al., 2005). 발색 용액을 섞은 후, 1시간이 경과한 후 측정하였다.
상층액 내 인 함량 분석은 경상대학교 지구환경과학과에 있는 BIOCHROM Libra S22 UV/VIS 분광분석기 (spectrophotometer)를 이용하였으며, 820 nm 파장을 사용하였다. 발색 용액은 6 N H2SO4, 2.
모든 실험은 상온 상태에서 진행하였다. 실험에 사용된 모든 용기는 인 오염을 방지하기 위하여 인이 없는 세제 Contrad 70을 사용하였다.
이번 연구에 사용된 일라이트는 충청북도 영동군 산익리의 용궁 일라이트 광산에서 채취된 광석을 공장에서 선광 후 분쇄하여 판매하고 있는 것이다. 시료 중 흰색(WH)과 노란색(YL) 시료 그리고 노란색 시료를 선택분쇄 및 공기분급에 의해 정제한 것(YR) 등 3가지 종류이다.
정량 X선 회절 분석법에 의하여 결정된 각 시료의 광물 조성은 표 1에 제시되어있다. 흰색 일라이트는 일라이트 36.6%, 석영 52.3%, 사장석 3.4%, 카올리나이트 7.7%로 구성되어 있는데, 이번 연구에 사용된 시료 중 유일하게 카올리나이트를 포함하고 있다. 노란색일 라이트는 일라이트 55.
시료 중 흰색(WH)과 노란색(YL) 시료 그리고 노란색 시료를 선택분쇄 및 공기분급에 의해 정제한 것(YR) 등 3가지 종류이다. 흰색과 노란색 시료는 325메쉬 이하로 분쇄한 것이다. 이것은 상수도 정수제(미생물 안정제), 건축마감재 및 사료 보조제 등으로 이용되고 있으며, 순수하게 정제된 일라이트는 화장품과 나노소재 등으로의 이용이 모색되고 있다.
데이터처리
이번 연구에서 수행된 모든 흡착 실험에 대하여 계산한 프로인드리히 및 랑미어 흡착 등온선과의 상관계수, 랑미어 최대 흡착능(Cmax), 결합력(bonding strength)과 관련된 흡착계수(k), 프로인드리 히 분배 계 수(distribution coefficient, Kf) 및 보정 상수(correction factor, n)을 계산한 결과를 표 2에 나타내었다. 랑미어 흡착 등 온 식에 잘 부합하는 흰색 일라이트에 대하여 계산된 최대 흡착능은 pH에서 일라이트의 양이 0.
이론/모형
1。를 이용하였다. 광물조성은 Siroquant 프로그램 (Taylor, 1991)을 이용하여 광물 조성을 결정하였다. 이것은 호주의 Sietronic 사에 의하여 개발된 것으로써, 이번 연구에서는 2006년에 출시된 v.
광물조성은 Siroquant 프로그램 (Taylor, 1991)을 이용하여 광물 조성을 결정하였다. 이것은 호주의 Sietronic 사에 의하여 개발된 것으로써, 이번 연구에서는 2006년에 출시된 v.3.0으로 향상된 것을 사용하였다.
성능/효과
1) 흰색 일라이트는 일라이트 36.6%, 석영 52.3%, 사장석 3.4%, 카올리나이트 7.7%로 구성되어 있는데, 노란색 일라이트는 일라이트 55.2%, 석영 39.3%, 사장석 5.5%, 그리고 노란색 일라이트를 정제한 시료는 일라이트 78.9%, 석영 26.3%, 사장석 1.7%로 구성되어 있다.
2) 흰색 일라이트의 평균 크기는 10.8 gm, 노란색 일라이트는 11.57 urn, 정제한 노란색 일 라이트는 7.88 μ이이다.
3) 인산염 용액과 반응하는 일라이트의 양이 많아짐에 따라 흡착률은 대체로 증가하는 경향을 보인다. 특히 1.
4) pH가 증가하면 대체적으로 인산염의 흡착량은 감소하는 경향을 나타낸다. 흰색 일 라이트에서는 그 경향이 뚜렷하지만 노란색 일 라이트는 명확하지 않다.
5) 일라이트의 함량이 많고, 입자 크기가 미세할수록 인산염의 흡착량이 증가한다. 그러나 일 라이트의 함량이 적은 흰색 일라이트가 많은 인산염을 흡착하는 이유는 작은 입자 크기, 높은 층간 전하, 낮은 사면체 자리의 치환에 기인한 것으로 여겨진다.
6) 흰색 일라이트는 랑미어 흡착등온선, 노란색 일라이트는 프로인드리히 흡착등온선에 잘 부합하는 경향을 보여주고 있다.
0 g인 경우에 비하여 월등히 높은 결과를 보여준다. 그러므로 인산염 용액 과일 라이트의 흡착 반응을 연구할 경우에 1.5 g 이상의 일라이트를 반응시켜야만 좋은 결과를 얻을 수 있을 것으로 사료된다.
그림에서 보는 바와 같이 흰색 일라이트가 가장 많은 인산염을 흡착하고, 노란색 일라이트가 가장 적은 양을 흡착한다. 노란색 일라이트와 이것을 정제 한일 라이트의 흡착량을 비교하면, 일라이트의 함량이 많고, 입자 크기가 미세할수록 인산염의 흡착량이 증가함을 알 수 있다.
그림 5C와 그림 5D는 노란색일 라이트의 랑 미어 흡착등온선과 프로인드리히흡착등온선을 나타내고 있다. 랑미어 흡착 등온선의 상관계수는 0.8487이고, 프로인드리히 흡착 등온선의 상관계수는 0.9830으로서, 흰색 일 라이트와 반대로 프로인드리히 흡착 등 온 선 이보다 적합하다는 것을 알 수 있다. 일 라이트의 인산염 흡착을 연구한 기존의 연구 결과도 이와과도 이와 일치 한다(Edzwald et al.
35 pm이다. 이를 통하여 흰색 일라이트는 평균 입자 크기는 작지만 매우 넓은 범위의 입도 분포를 가지고 있다는 것을 알 수 있으며, 정제된 노란색 일라이트는 입도 크기도 작을 뿐 아니라 입도 분포도 좁은 범위 내에 있음을 알 수 있다.
것처럼 여겨진다. 일라이트의 전자현미분석 결과 (Cho, 2000, Table 2)를 보면 흰색 일 라이트의 단위포당 증전하(interlay er charge) 는 1.55~1.63이고, 노란색 일라이트는 1.14~1.22 로써, 흰색 일라이트의 층전하가 월등히 높다는 것을 알 수 있다. 사면체 자리의 치환에 의한 층 전하가 흰색 일라이트는 1.
가능하다. 첫째, 입도 분석 결과에서 흰색 일라이트의 평균 크기는 10.8 μm이고, 노란색 일 라이트는 11.57 nm로써, 흰색 일라이트의 입자크기가 노란색 일라이트에 비하여 미세하기 때문이다. 일반적으로 입자 크기가 작으면 비 표면적이 증가하여 인산염을 흡착할 여지가 그만큼 많아지게 된다.
3 ㎎/㎏이다. 카올리나이트 표준시료 KGa-lb를 이용하여 실험한 결과로부터 계산된 최대 흡착능은 101~123 ㎎/㎏, 평균값은 119 ㎎/㎏ (조현구 외, 2006) 인 것과 비교하면 일라이트의 흡착능은 카올리나이트에 비하여 최소한 4배 이상 높다고 추정할 수 있다. 이 같은 연구 결과는 카올리나이트와 일라이트의 인산염 흡착을 연구와 기존 연구 결과와도 잘 부합된다(Edzwald et al.
후속연구
이번 연구의 목적은 용궁일 라이트 광석에 대한 다양한 조건에서의 인산염 흡착 특성을 규명하는 것이다. 일라이 트는 카올리나이트와 더불어 우리나라 토양에 가장 많은 점토광물이므로, 이 연구는 추후 우리나라 토양에 의한 인산염 흡착 연구에 기초가 될 것으로 판단된다.
, 1996; Arai and Sparks, 2001). 하지만 pH가 8에서 9로 증가함에도 불구하고 흡착량은 오히려 증가하는 현상을 관찰할 수 있는데, 이것이 실험의 오차인지에 대해서는 좀 더 연구할 필요가 있다. 노란색 일라이트 역시 흰색 일 라이트와 같이 pH 증가에 따라 흡착량은 감소하는 경향을 나타내지만 그 차이는 그렇게 크지 않다(그림 3B).
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