[논문]에트린자이트 미세다공체의 중금속 이온 고정화 특성

나현엽; 송태웅

doi:10.4191/kcers.2009.46.6.668

문제 정의

이용되고 있다.頒)그러나 환경 문제가 고조됨에 따라 최근에는 에트린자이트의 새로운 용도로 이의 화학조성과 결정학적 특징을 이용한 중금속 이온 흡착 소재로서의 활용이 제시되었다回)이는 Ca6[Al(OH)6h(SO₄)3, 3H2O 의 구조식에서 볼 수 있는 바와 같이 에트린자이트가 다양한 중금속의 이온 또는 착이온과 치환될 수 있는 Ca*, SO42" Al3+ 및 OIT로 구성되어 있다는 화학적 특성과, 결정의 C축 방향으로 이온들의 이동에 충분한 크기의 채널이 형성되어 있다는 구조적 특성을 응용하고자 하는 것이다. 그러나 이를 중금속 이온 제거재로서 실용화하기 위한 연구나 특허는 환경문제의 중요성에 비하여 아직 활발하지 못한 상태이며, 이는 에트린자이트만으로 이루어지고 submicron 크기의 많은 공극과 적절한 강도를 가진 미세다공체를 얻기가 쉽지 않았기 때문으로 보인다.
그러나 이를 중금속 이온 제거재로서 실용화하기 위한 연구나 특허는 환경문제의 중요성에 비하여 아직 활발하지 못한 상태이며, 이는 에트린자이트만으로 이루어지고 submicron 크기의 많은 공극과 적절한 강도를 가진 미세다공체를 얻기가 쉽지 않았기 때문으로 보인다. 본연구는 서로 얽힌 상태에서 막대상 결정이 성장하도록 하여 에트린자이트 미세다공체를 얻는 연구8)에 후속한 것으로서, 몇 가지 중금속 이온 각각에 대한 이 재료의 실질적인 고정화 능력을 확인하고자 한 기초 연구이다.

제안 방법

다음에는 에트린자이트로부터의 중금속 이온의 재용출 특성을 시험하기 위하여 용액에서 여과.분리된 에트린자이트 알갱이를 에트린자이트 1g 당 50 ml에 해당하는 증류수에 투입하고 6~24분 동안 시간을 달리하여 교반한 후 증류수 중의 용출 이온의 농도를 측정하였다. 한편 증류수에 염산을 가하여 pH를 임의로 조절한 후 동일한 시험을 실시함으로써 재용출 거동에 미치는 pH의 영향도 확인하였다.
에서 제조한 1000 ppm 농도의 납, 카드뮴, 코발트, 망간 및 크롬 표준용액을 각각 200 ppm으로 희석하여 시험용액으로 사용하였다. 중금속 이온 제거능 시험은 상온의 시험용액 50ml에 0.1 ~2g 범위의 에트린자이트 알갱이를 넣고 일정시간 동안 교반한 후 알갱이를 여과해 낸 용액의 중금속 이온의 농도를 원자흡수분광광도계로 측정하는 방법으로 실시하였으며 이때 용액의 pH 변화를 측정하여 참고자료로 하였다. 다음에는 에트린자이트로부터의 중금속 이온의 재용출 특성을 시험하기 위하여 용액에서 여과.
분리된 에트린자이트 알갱이를 에트린자이트 1g 당 50 ml에 해당하는 증류수에 투입하고 6~24분 동안 시간을 달리하여 교반한 후 증류수 중의 용출 이온의 농도를 측정하였다. 한편 증류수에 염산을 가하여 pH를 임의로 조절한 후 동일한 시험을 실시함으로써 재용출 거동에 미치는 pH의 영향도 확인하였다. 이상과 같은 실험방법의 순서도는 Fig.

대상 데이터

2는 에트린자이트 다공체의 광물상과 파단면의 미세구조를 나타낸 것이다. 그림에서 보는 바와 같이 본 연구에서 중금속 이온 제거능 시험용으로 사용한 시료는 거의 순수한 에트린자이트로 이루어져 있으며, 막대상의 에트린자이트 결정이 서로 다른 배향으로 얽힌 상태에서 평균 직경 약 0.2 pm, 길이 1~2 μm까지 성장하여 비교적 균질한 다공성 벌크체를 형성하였음을 알 수 있다. 이 다공체는 submicron 크기의 무수한 공극으로 인하여 약 33%의 기공률에 비표면적이 38.
, Inc.에서 제조한 1000 ppm 농도의 납, 카드뮴, 코발트, 망간 및 크롬 표준용액을 각각 200 ppm으로 희석하여 시험용액으로 사용하였다. 중금속 이온 제거능 시험은 상온의 시험용액 50ml에 0.

성능/효과

이 다공체는 submicron 크기의 무수한 공극으로 인하여 약 33%의 기공률에 비표면적이 38.48n?/g에 달하는 것으로 확인되었으며 내수성과 적정의 강도를 가져 수중 이온의 제거용으로 매우 적합한 성상을 나타내었다.
이는 pH가 낮아짐으로서 염기성광물인 에트린자이트가 분해하면서 치환되어 있던 중금속 이온이 다시 용출되는 것이 주된 원인일 것으로 보이나, 치환 이온의 크기와 위치 및 일부 물리흡착된 이온의 존재량 등도 복합적으로 작용했을 것으로 사료된다. 그러나 pH 2 에서 6시간 동안 교반한 가혹한 용출 조건에 비하면 용출 양이 적은 편으로 평가됨으로서 본 실험에서 사용한 에트린자이트 다공체는 중금속 제거를 위한 환경 소재로서의 활용가능성이 매우 큼을 확인할 수 있다.
매우 큰 것으로 확인되었다. 납, 코발트, 카드뮴 및 망간의 표준용액을 각각 사용한 시험에서 에트린자이트 다공체는 이온 치환에 의한 화학흡착으로 매우 신속하고 우수한 이온 제거능을 나타내었으며 흡착된 이온은 중성의 수중에서 거의 재용출되지 않음이 확인되었다. 그러나 매우 낮은 pH에서는 어느 정도의 재용출을 피할 수 없으며 6가 크롬에 대해서는 용존하는 이온종의 특성 상 이러한 흡착 성능이 거의 나타나지 않음을 확인하였다.
수화물 소성법으로 합성한 C₃A 클링커에 이수 석고를 혼합하여 만든 페이스트가 스스로 경화하여 형성된 에트린자이트 미세다공체는 중금속 제거용 환경소재로서의 응용성이 매우 큰 것으로 확인되었다. 납, 코발트, 카드뮴 및 망간의 표준용액을 각각 사용한 시험에서 에트린자이트 다공체는 이온 치환에 의한 화학흡착으로 매우 신속하고 우수한 이온 제거능을 나타내었으며 흡착된 이온은 중성의 수중에서 거의 재용출되지 않음이 확인되었다.
4는 에트린자이트가 담지된 각종 용액의 pH 변화를 시간 경과에 따라 측정한 결과이다. 에트린자이트는 용해도적(瓦)이 1.1x10—箱으로세°)매우 작아 물에 거의 용해하지 않지만 증류수의 pH를 약간 상승시키는 것이 확인되어 증류수에서도 약간의 Ca2+가 용출되고 있음을 알 수 있다. 그러나 중금속 용액은 pH 상승 폭이 매우 크게 나타났는데, 이는 에트린자이트에 의한 Ca戮의 용출과 양이온(前+, Co2+, Cd2+ 및 Mr?。의 치환흡착에 따른 것이라고 보인다.
이 결과로 부터 에트린자이트 다공체는 제거효율이 높고, 용출 특성을 확인하기 위한 몇 가지의 조건변화에 따른 실험에서도 낮은 용출량을 보임으로서 중금속 제거를 위한 환경소재로서의 활용가능성이 매우 큼이 확인되었다.
5에 나타내었다. 이 결과로부터 납과 코발트는 5분 이내에, 카드뮴 이온은 약 10분에서 거의 전량이 제거되었고 A『+와 치환하는 것으로 생각되는 망간의 경우는 제거 속도가 다소 느려 10분에서 약 80%가 제거됨으로서 에트린자이트가 이들 이온에 대해서는 우수한 제거능을 가지며 제거속도는납>코발트>카드뮴>망간 순인 것으로 나타났다. 크롬의 경우엔 30분 후의 제거율이 약 20% 이하로서 상당히 낮은 결과를 보였다.
7은 염산으로 증류수의 pH를 변화시킨 후 용출 시간을 6시간으로 늘여 앞에서와 같은 방법으로 용출 이온의 농도를 측정한 결과를 나타낸 것이다. 이 결과에 따르면 pH 4에서부터 점차 이온이 용출되기 시작하여 pH 2 에서는 망간과 카드뮴의 경우 흡착되었던 양의 약 17% 정도가 용출되며 납과 코발트도 3~5% 정도 용출됨을 확인할 수 있다. 이는 pH가 낮아짐으로서 염기성광물인 에트린자이트가 분해하면서 치환되어 있던 중금속 이온이 다시 용출되는 것이 주된 원인일 것으로 보이나, 치환 이온의 크기와 위치 및 일부 물리흡착된 이온의 존재량 등도 복합적으로 작용했을 것으로 사료된다.
1g부터 2 g까지 달리하고 침지시간을 60분으로 하여 얻은 결과이다. 이 결과에 따르면 납, 코발트 및 카드뮴 이온은 1g의 에트린자이트의 투입에 의하여 전량이 제거되었으며 망간은 전량을 제거하는데 약 1.5g의에트린자이트가 필요한 것을 알 수 있다. 그러나 크롬의 경우에는 에트린자이트 투입량 1g까지는 이온 농도가 약간 감소하기 는 하나 그 이 상으로는 투입량을 늘여도 농도가 거의 감소되지 않음으로서 타 이온과 달리 에트린자이트에 의한 제거 효율이 극히 미약함을 알 수 있다.
크롬용액에서도 pH가 크게 상승된 것은 표준용액의 산성도에 의한 에트린자이트의 용해에 따른 Ca2+ 용출이 주원인일 것으로 사료된다. 이상에서 고찰한 바와 같이 다섯 가지 이온 각각의 표준용액을 사용한 실험에서 본 연구의 에트린자이트 다공체는 Ci을 제외하고는 Pb >Co>Cd>Mn의 순서로 우수한 치환흡착능을 나타내며 농도 200 ppm의 용액 50 ml 중의 이온을 모두 제거하는데 필요한 양은 Pb, Co 및 Cd의 경우에는 1g, Mn의 경우에는 1.5 g인 것으로 나타났다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

에트린자이트 미세다공체의 중금속 이온 고정화 특성
Heavy Metal Ion Immobilization Properties of Microporous Ettringite Body 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

참고문헌 (10)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

에트린자이트 미세다공체의 중금속 이온 고정화 특성 Heavy Metal Ion Immobilization Properties of Microporous Ettringite Body 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

참고문헌 (10)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

나현엽 (3) 송태웅 (40)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

에트린자이트 미세다공체의 중금속 이온 고정화 특성
Heavy Metal Ion Immobilization Properties of Microporous Ettringite Body 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper