[논문]혼합수지를 이용한 과염소산 이온의 흡착 특성

박수민; 전병훈; 정혁; 팽기정

doi:10.5806/ast.2010.23.5.429

문제 정의

따라서 본 연구에서는 다양한 종류의 수지와 활성탄 등을 혼합하여 과염소산 이온의 제거에 응용할 경우, 각 흡착제의 장점으로 인한 시너지 효과를 얻을 수 있는지 조사하였다. 특히 본 연구는 비군사화 과정에서 발생하는 고 농도의 AP 용액을 대상으로 하였는데, 대부분의 음이온교환수지와 활성탄의 조합에서 50% 이상의 흡착 효율이 향상된 결과를 얻었다.
예비 실험에서는 30 µg/mL의 표준 시료를 가지고 실험하였다. 따라서 혼합 수지들이 실제 비군사화 과정에서 수거된 실제 시료에는 다양한 유기 및 무기 물질이 공존 된 상태로 이 시료에서도 같은 흡착 량 증가 효과를 보이는지 조사하였다. Table 4에 각각의 활성탄과 이온교환수지 조합(5:5)에 따라서 sodium perchlorate와 ammonium perchlorate 실시료에서 perchlorate 이온의 흡착 량을 나타내었다.
본 연구에서는 pH 3에서 9까지 최소한 10개 이상의 point에서 흡착 량을 조사하였다. 결과는 Fig.
본 연구에서는 다양한 종류의 수지와 GAC등을 혼합하여 과염소산 이온의 제거에 응용할 경우, 각 흡착제의 장점으로 인한 시너지 효과를 얻을 수 있는지 조사하였다. 특히 본 연구는 비군사화 과정에서 발생하는 고 농도의 AP 용액에 적용 할 수 있는지 조사하였다.
실제 폐 로켓을 분해할 때 방출되는 ammonium perchlorate 실시료 용액에 sodium perchlorate 표준용액으로 최적화한 조건을 적용시켜 보았다. 약 10% 정도의 고농도 실시료의 pH를 측정하여 유사한 pH 7.
본 연구에서는 다양한 종류의 수지와 GAC등을 혼합하여 과염소산 이온의 제거에 응용할 경우, 각 흡착제의 장점으로 인한 시너지 효과를 얻을 수 있는지 조사하였다. 특히 본 연구는 비군사화 과정에서 발생하는 고 농도의 AP 용액에 적용 할 수 있는지 조사하였다. 실험 결과

제안 방법

Chloride(Cl−), nitrate(NO3−) 그리고 sulfate (SO42−)이온 등이 perchlorate(ClO4−)이온과 함께 공존 할 때와 상기 이온이 존재하지 않을 때의 흡착 량을 비교하였다.
Perchlorate 이온의 농도는 Dionex사(Sunnyvale, Cal, USA)의 DX-300 이온크로마토그래피를 사용하여 분석하였다. 컬럼은 Dionex사의 IonPac AG16 보호 컬럼(내경 4 mm, 길이 50 mm)과 IonPac AS16 분석 컬럼(내경 4 mm, 길이 250 mm)을 연결하여 사용하였으며, suppressor는 Dionex사의 ASRS 300 4-mm이었다.
Perchlorate 이온의 흡착 효율을 batch system으로 조사하기 위하여 활성탄과 이온교환수지를 혼합한 혼합흡착제의 총 량을 0.005 g으로 일정하게 유지하며, 그 안에서 혼합비를 변화 시켜 주었다. 각 활성탄과 이온교환수지를 종류별로 다양한 혼합비로 혼합하여 최적의 흡착효율을 나타내는 조합을 알아보았다.
Perchlorate 이온의 흡착 효율을 조사하기 위하여 사용한 흡착제 A530E 교환수지의 양은 0.005 g으로 일정하게 유지하며, 그 안에서 교반시간을 변화 시켜 주었다. 흡착제 0.
pH의 변화에 따른 흡착 량의 변화를 알아보기 위하여 pH 3-9까지 pH를 변화시켜준 sodium perchlorate 용액을 흡착제 A530E 교환수지의 양 0.005 g에 적용하여 흡착효율을 알아보았다. 이 때 sodium perchlorate 표준용액의 농도는 30 µg/mL이었으며 부피는 50 mL으로 30분의 교반을 거쳐 흡착 반응이 일어나게 하였다.
005 g으로 일정하게 유지하며, 그 안에서 혼합비를 변화 시켜 주었다. 각 활성탄과 이온교환수지를 종류별로 다양한 혼합비로 혼합하여 최적의 흡착효율을 나타내는 조합을 알아보았다. 이때 spiking 한 sodium perchlorate 표준용액의 농도는 실시료 ammonium perchlorate와 동일한 pH 조건인 pH 7.
검정곡선을 작성하기 위하여 blank, 0.5, 1, 10, 30, 50 µg/mL이 되도록 sodium perchlorate 표준 용액을 준비하여 크로마토그램을 얻은 후 검정곡선을 작성하였다.
아마 과염소산이 강산이라 상기의 pH 조건에서 모두 protonated 되어 있는 상태이고 수지의 최적 pH 조건과도 일치하여 큰 변화가 없는 것으로 생각된다. 다만 비군사화 과정으로 수거된 AP 용액의 pH가 7.2이므로 본 연구에서는 모든 시료의 pH를 7.2로 조정하였다. 시료의 pH는 0.
다만 소량의 chloride (Cl−), nitrate (NO3−) 그리고 sulfate (SO42−) 이온 등이 공존할 가능성은 충분히 있을 것으로 판단되어 이들 이온에 대한 방해 효과를 조사하였다.
실험은 역시 batch system에서 진행 하였는데 수지를 혼합한 경우(혼합 흡착)와 같은 양의 수지를 이용하여 먼저 활성탄을 이용하여 흡착을 시도하고 여과지를 이용하여 활성탄을 제거한 후 다시 이온교환 수지와 흡착한 결과(분리 흡착)를 모두 표에 실었다. 또한 다양한 수지들이 혼합비에서도 실험을 진행하였다. 혼합수지에 의한 과염소산 이온의 제거 정도는 Table 3에 정리하였다.
본 연구에서는 batch system을 이용하여 수지의 최대 흡착 량을 조사하였다. 즉, 과염소산 표준 용액과 수지를 시료 병에 같이 넣고 일정시간 교반한 후 흡착된 과염소산 이온의 양을 측정하여 최적의 교반 시간을 확정하였다.
실험은 역시 batch system에서 진행 하였는데 수지를 혼합한 경우(혼합 흡착)와 같은 양의 수지를 이용하여 먼저 활성탄을 이용하여 흡착을 시도하고 여과지를 이용하여 활성탄을 제거한 후 다시 이온교환 수지와 흡착한 결과(분리 흡착)를 모두 표에 실었다. 또한 다양한 수지들이 혼합비에서도 실험을 진행하였다.
실제 폐 로켓을 분해할 때 방출되는 ammonium perchlorate 실시료 용액에 sodium perchlorate 표준용액으로 최적화한 조건을 적용시켜 보았다. 약 10% 정도의 고농도 실시료의 pH를 측정하여 유사한 pH 7.2를 갖는 증류수로 희석하여 30 ppm의 농도를 만들어 흡착 량을 알아보았다.
본 연구에서는 batch system을 이용하여 수지의 최대 흡착 량을 조사하였다. 즉, 과염소산 표준 용액과 수지를 시료 병에 같이 넣고 일정시간 교반한 후 흡착된 과염소산 이온의 양을 측정하여 최적의 교반 시간을 확정하였다. 본 연구에서는 이중 기능기 음이온 교환수지인 Pulolite A530E (이후 530)를 사용하였다.
활성탄은 기능기를 도입한 과염소산용이 아닌 일반 유기물 제거용 활성탄인 GAC 1240 (이후 GAC), ROW 0.8 SUPRA (이후 ROW) 그리고 HDC를 이용하여 흡착 량을 조사하였다. 그 이유는 혼합 수지에서 활성탄의 역할을 비군사화 과정에서 발생하는 유기 오염물의 제거 및 이중 기능기 수지에서의 short chain 대역으로 생각했기 때문이다.

대상 데이터

Perchlorate 이온의 흡착을 통한 제거를 위하여 활성탄과 이온교환수지를 사용하였다. 활성탄은 Norit 사의 GAC 1240,ROW 0.
실험에 사용된 모든 용액은 ACS 등급의 표준시약과 Human corporation 사 증류수 제조기의 3차 증류수를 이용하여 만들었다. Sodium perchlorate와 sodium sulfate 표준물질은 Sigma-Aldrich 사(St. Louis, USA)로부터 구입하였으며, sodium nitrate표준물질은 Kanto 사(Kagaku, Japan)의 것을 사용하였다. 작업 표준용액은 증류수에 녹여 농도를 1000 µg/mL로 만들어 상온 보관 하였고, 필요에 따라서 이 용액을 희석하여 사용하였다.
건조 후 막자사발을 이용하여 갈아준 뒤에 M&L Testing Equipment사의 standard testing sieve(Calgary, Canada)를 이용하여 200-250 mesh에 해당하는 입자크기를 가진 것만 선별하여 실험에 사용하였다.
즉, 과염소산 표준 용액과 수지를 시료 병에 같이 넣고 일정시간 교반한 후 흡착된 과염소산 이온의 양을 측정하여 최적의 교반 시간을 확정하였다. 본 연구에서는 이중 기능기 음이온 교환수지인 Pulolite A530E (이후 530)를 사용하였다. 결과는 Fig.
이동상 용매를 만들기 위한 sodium hydroxide는 Sigmaaldrich사의 것을 사용하였다. 비군사화 과정에서 얻어진 ammonium perchlorate 실시료는 국방과학연구소로부터 받아 실험하였다.
실험에 사용된 모든 용액은 ACS 등급의 표준시약과 Human corporation 사 증류수 제조기의 3차 증류수를 이용하여 만들었다. Sodium perchlorate와 sodium sulfate 표준물질은 Sigma-Aldrich 사(St.
작업 표준용액은 증류수에 녹여 농도를 1000 µg/mL로 만들어 상온 보관 하였고, 필요에 따라서 이 용액을 희석하여 사용하였다. 용액의 pH 조절을 위하여 Duksan pure chemical 사(Ansan, Korea)의 hydrochloric acid와 Fluka사(Seelze, Germany)의 ammonium hydroxide를 사용하였다. 이동상 용매를 만들기 위한 sodium hydroxide는 Sigmaaldrich사의 것을 사용하였다.
용액의 pH 조절을 위하여 Duksan pure chemical 사(Ansan, Korea)의 hydrochloric acid와 Fluka사(Seelze, Germany)의 ammonium hydroxide를 사용하였다. 이동상 용매를 만들기 위한 sodium hydroxide는 Sigmaaldrich사의 것을 사용하였다. 비군사화 과정에서 얻어진 ammonium perchlorate 실시료는 국방과학연구소로부터 받아 실험하였다.
Perchlorate 이온의 농도는 Dionex사(Sunnyvale, Cal, USA)의 DX-300 이온크로마토그래피를 사용하여 분석하였다. 컬럼은 Dionex사의 IonPac AG16 보호 컬럼(내경 4 mm, 길이 50 mm)과 IonPac AS16 분석 컬럼(내경 4 mm, 길이 250 mm)을 연결하여 사용하였으며, suppressor는 Dionex사의 ASRS 300 4-mm이었다. 이동상 용매는 35 mM NaOH를 등용매 조건하에 1 mL/min 유속으로 흘려주었으며, 시료 주입량은 500 µL이었다.
활성탄은 Norit 사의 GAC 1240,ROW 0.8 SUPRA 그리고 HDC의 시료 등 세 가지 종류를 사용하였으며, 이온교환수지는 LANXESS사(Leverkusen, Germany)의 Lewatit monoplus M500, Rohm & Hass사(Philadelphia, PA, USA)의 Amberlite IRA-410을 사용하였고, Purolite사(Bala Cynwyd, PA, USA)의 A520E와 A530E를 사용하였다.
건조 후 막자사발을 이용하여 갈아준 뒤에 M&L Testing Equipment사의 standard testing sieve(Calgary, Canada)를 이용하여 200-250 mesh에 해당하는 입자크기를 가진 것만 선별하여 실험에 사용하였다. 흡착제에 대한 이온의 흡착 효율을 높이기 위하여 사용된 shaker는 IKA사(Staufen, Germany)의 VXR vibration shaker를 사용하였으며, perchlorate 용액의 pH를 조절하기 위해서 Mettler toledo사(Greifensee, Switzerland)의 pH meter를 사용하였다.

성능/효과

1. 단일 기능기 음이온교환수지와 활성탄의 조합에서 과염소산 이온의 흡착 효율이 크게 향상된 결과를 얻었다(HDC+500이 가장 좋은 결과를 보임).
2. 이온교환 수지 중 이중 기능기 이온교환 수지의 경우는 흡착 효율 향상이 거의 나타나지 않았다.
3. 항시 분리 된 흡착 조를 이용하여 유기 오염물과 무기 음이온의 제거가 시행되었는데 혼합 수지를 사용할 경우 한 번에 동시 제거가 가능하여 제거과정에서 필요한 시간, 공간 및 비용을 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.
4. 공존 음이온에 대한 방해효과도 작고, 기존의 음이온 교환 수지에 비하여 특별한 단점이 없었다.
5. 실제시료에도 효과적으로 응용이 가능하였다.
그러나 질산 이온은 과염소산의 흡착 량이 방해이온의 농도가 증가됨에 따라 크게 감소되는 경향을 보여 500 µg/mL의 질산이온의 공존할 때(과염소산 이온의 약 16.7배), HDC+520의 경우 최초 흡착 량의 30 %까지 감소하였다.
특히 본 연구는 비군사화 과정에서 발생하는 고 농도의 AP 용액을 대상으로 하였는데, 대부분의 음이온교환수지와 활성탄의 조합에서 50% 이상의 흡착 효율이 향상된 결과를 얻었다. 또한 항시 2개의 연속된 흡착 조를 이용하여 유기 오염물과 무기 음이온의 제거가 시행되었는데 혼합 수지를 사용할 경우 한번에 동시 제거가 가능하여 제거과정에서 필요한 시간, 공간 및 비용을 감소시키는 효과를 얻을 수 있다. 공존 음이온에 대한 방해효과도 작고 음이온 교환 수지에 비하여 특별한 단점이 없으며 실제시료에도 효과적으로 응용이 가능하였다.
1에 있다. 일반적으로 이중 기능기 교환수지의 장점은 빠른 흡착 kinetic에 있는데, 결과도 530 수지의 흡착은 매우 빠르게 진행되는 것으로 관찰되었으며, 본 연구의 실험 조건에서 이미 10분이면 평형에 도달하였다. 다만 pH가 낮은 경우 흡착 속도가 늦어지는 경향이 있어 본 연구의 모든 교반 시간은 30분으로 하였다(Fig.
이 때 역시 530의 경우 소폭 흡착 량의 감소가 관찰된다. 즉, 이와 같이 혼합 수지에서 과염소산 이온 흡착 량의 증가는 복합 기능기 효과에 의한 시너지 효과가 가장 큰 것으로 판단된다. 같은 농도의 용액에서 상대적으로 흡착제의 양이 작으면 흡착 량이 증가하는 것을 감안한 실험 결과와 비교하여도 매우 큰 폭의 흡착 량 증가는 이례적으로 주목할 만하다.
¹³ 또한 비군사화 과정에서 회수된 AP 용액에는 폭약류, 안정 제등 다양한 유기 오염물이 공존하기 때문에 이를 제거하기 위해서는 별도의 활성탄 층의 통과가 필수적이라는데도 착안하였다. 즉, 혼합수지를 이용하여 유기 오염물과 과염소산 이온을 동시에 제거하면 처리에 필요한 시간과 공간 및 비용을 크게 줄일 수 있을 것으로 판단하였다.
따라서 본 연구에서는 다양한 종류의 수지와 활성탄 등을 혼합하여 과염소산 이온의 제거에 응용할 경우, 각 흡착제의 장점으로 인한 시너지 효과를 얻을 수 있는지 조사하였다. 특히 본 연구는 비군사화 과정에서 발생하는 고 농도의 AP 용액을 대상으로 하였는데, 대부분의 음이온교환수지와 활성탄의 조합에서 50% 이상의 흡착 효율이 향상된 결과를 얻었다. 또한 항시 2개의 연속된 흡착 조를 이용하여 유기 오염물과 무기 음이온의 제거가 시행되었는데 혼합 수지를 사용할 경우 한번에 동시 제거가 가능하여 제거과정에서 필요한 시간, 공간 및 비용을 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.

후속연구

이외에도 전체적인 흡착제의 소수성 증가 혹은 매우 작은 크기의 활성탄 첨가로 mass transfer의 개선 등의 여러 가지 이유도 있을 것으로 예측된다. 다만 보다 정확한 원인 규명은 추가 실험이 필요할 것으로 생각된다.

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	과염소산 이온은 어떤 형태로 이용되는가?	과염소산 이온은 자연적으로 발생하기도 하고 인공적으로 제조할 수도 있다.1 과염소산 이온은 과염소산 암모늄(ammonium perchlorate: AP)의 형태로 주로 사용되는데 연료나 폭약과 혼합하여 로켓과 미사일 추진제, 총 포탄, 불꽃놀이 재료의 생산 등에 주로 사용되며 전체 산업 사용량의 90% 이상이 군사적인 목적에 사용되고 있다.2 AP는 최근 인체에 유해한 환경오염 물질로 크게 주목 받고 있는데, 다량의 AP 흡입은 심장마비나 사망의 직접원인이 되기도 한다.
	AP의 흡착 제거에는 무엇이 필수인가?	AP의 흡착 제거에는 과염소산을 선택적으로 흡착 또는 결합시키는 수지의 개발이 필수적이다. 물리적인 흡착이나 이온교환 수지가 대표적이다.
	이온교환 수지로 무엇이 사용되는가?	물리적인 흡착이나 이온교환 수지가 대표적이다.6 이온교환수지로는 macro porous polystyrene divinylbenzene copolymer base에 3차 아민 (-NR3+)기를 갖는 type 1 또는 type 2의 강염기 음이온 교환수지가 주로 사용되는데, 황산이온이나 질산이온에 비해서 과염소산에 훨씬 큰 친화도를 갖는다.7-11

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

혼합수지를 이용한 과염소산 이온의 흡착 특성
Adsorption characterisctics of mixed resins for perchlorate ion 원문보기

초록
AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (13)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

연구과제 타임라인

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

혼합수지를 이용한 과염소산 이온의 흡착 특성 Adsorption characterisctics of mixed resins for perchlorate ion 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

제안 방법

대상 데이터

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (13)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

전병훈 (16) 정혁 (12) 팽기정 (37)

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

혼합수지를 이용한 과염소산 이온의 흡착 특성
Adsorption characterisctics of mixed resins for perchlorate ion 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper