[국내논문]중금속 안정화제의 반응 매개변수 결정 및 중금속 안정화 효율성 평가 Determining Kinetic Parameters and Stabilization Efficiency of Heavy Metals with Various Chemical Amendment원문보기
본 연구는 수용액 내 존재하는 Cd, Pb을 다양한 화학적 안정화제를 이용하여 안정화 효율성을 평가하였다. 연구에 사용한 안정화제는 중금속 이온과의 반응특성 별로 석회물질, 광물질 등으로 구분하여 문헌조사를 바탕으로 5종을 선정하여 사용했다. 안정화 효율성 평가방법은 용액 내 중금속 함량을 단계적으로 제조하여 안정화 효율성, 반감기 및 반응속도 산정 및 반응 후 안정화제의 반응생성물 확인의 순으로 진행했다. 안정화 효율성 평가결과 석회물질 ($CaCO_3$)을 다량 함유하여 기본적으로 pH를 8이상으로 교정하는 안정화제의 경우 처리량에 상관없이 대부분 불용화되는 것으로 나타났으며, 낮은 산도교정 물질은 50% 수준의 효율성을 갖는 것으로 나타났다. 또한, 효율성이 크게 나타난 물질을 대상으로 반응속도상수 (K)를 산출한 결과 Cd의 경우 처리량에 따라 증가하였지만, Pb의 경우 초기에 반응속도가 빠르게 일어나 처리량에 따른 평가는 불가능 하였다. 다량의 중금속 이온과 반응시킨 안정화제의 표면관찰을 통한 생성물 검정 결과 SEM 사진으로 반응 전 후의 생성물 확인을 간접적으로 확인하였다. 또한, SEM-EDS 분석결과 반응 후 물질 표면에서 Cd과 Pb의 성분 검출을 확인하였다. 그리고 XRD 분석을 통해 효율성이 좋았던 물질에서 Cd과 Pb 성분의 검출이 확인되어 수용액 상에 이온형태로 존재하는 중금속의 복원에 안정화제를 이용한 저감은 효율적일 것으로 판단된다.
본 연구는 수용액 내 존재하는 Cd, Pb을 다양한 화학적 안정화제를 이용하여 안정화 효율성을 평가하였다. 연구에 사용한 안정화제는 중금속 이온과의 반응특성 별로 석회물질, 광물질 등으로 구분하여 문헌조사를 바탕으로 5종을 선정하여 사용했다. 안정화 효율성 평가방법은 용액 내 중금속 함량을 단계적으로 제조하여 안정화 효율성, 반감기 및 반응속도 산정 및 반응 후 안정화제의 반응생성물 확인의 순으로 진행했다. 안정화 효율성 평가결과 석회물질 ($CaCO_3$)을 다량 함유하여 기본적으로 pH를 8이상으로 교정하는 안정화제의 경우 처리량에 상관없이 대부분 불용화되는 것으로 나타났으며, 낮은 산도교정 물질은 50% 수준의 효율성을 갖는 것으로 나타났다. 또한, 효율성이 크게 나타난 물질을 대상으로 반응속도상수 (K)를 산출한 결과 Cd의 경우 처리량에 따라 증가하였지만, Pb의 경우 초기에 반응속도가 빠르게 일어나 처리량에 따른 평가는 불가능 하였다. 다량의 중금속 이온과 반응시킨 안정화제의 표면관찰을 통한 생성물 검정 결과 SEM 사진으로 반응 전 후의 생성물 확인을 간접적으로 확인하였다. 또한, SEM-EDS 분석결과 반응 후 물질 표면에서 Cd과 Pb의 성분 검출을 확인하였다. 그리고 XRD 분석을 통해 효율성이 좋았던 물질에서 Cd과 Pb 성분의 검출이 확인되어 수용액 상에 이온형태로 존재하는 중금속의 복원에 안정화제를 이용한 저감은 효율적일 것으로 판단된다.
In this study, total of 5 different chemical amendments were evaluated for determining kinetic parameters and stabilization efficiency of heavy metals in aqueous phase. Standard solution of Cd and Pb ($100mg\;L^{-1}$) was mixed with various ratio of amendments (1, 3, 5, 10%) and heavy met...
In this study, total of 5 different chemical amendments were evaluated for determining kinetic parameters and stabilization efficiency of heavy metals in aqueous phase. Standard solution of Cd and Pb ($100mg\;L^{-1}$) was mixed with various ratio of amendments (1, 3, 5, 10%) and heavy metal stabilization efficiency was monitored for 24hrs. All examined amendments showed over 90% of removal efficiency for both Cd and Pb except zerovalent iron (ZVI) for Cd (43-63%). Based on result of heavy metal stabilization efficiency, it was ordered as $CaCO_3$ > Dolomite > Zeolite > Steel slag > ZVI for both Cd and Pb in aqueous phase. For kinetic study, first order kinetic model was adapted to calculate kinetic parameters. In terms of reaction rate constants (k), zeolite showed the fastest reaction rate (k value from 0.4882 for 1% to 2.0105 for 10%) for Cd and ZVI (k value from 0.2304 for 1% to 0.5575 for 10%) for Pb. Considering reaction rate constant and half life for heavy metal stabilization, it was ordered as Zeolite > $CaCO_3$ > Dolomite > Steel slag > ZVI for Cd and $CaCO_3$ > Dolomite > Steel slag > Zeolite > ZVI for Pb. Overall result in this study can be interpreted that lime containing materials are more beneficial to remove heavy metals with high efficiency and less time consuming than absorbent materials.
In this study, total of 5 different chemical amendments were evaluated for determining kinetic parameters and stabilization efficiency of heavy metals in aqueous phase. Standard solution of Cd and Pb ($100mg\;L^{-1}$) was mixed with various ratio of amendments (1, 3, 5, 10%) and heavy metal stabilization efficiency was monitored for 24hrs. All examined amendments showed over 90% of removal efficiency for both Cd and Pb except zerovalent iron (ZVI) for Cd (43-63%). Based on result of heavy metal stabilization efficiency, it was ordered as $CaCO_3$ > Dolomite > Zeolite > Steel slag > ZVI for both Cd and Pb in aqueous phase. For kinetic study, first order kinetic model was adapted to calculate kinetic parameters. In terms of reaction rate constants (k), zeolite showed the fastest reaction rate (k value from 0.4882 for 1% to 2.0105 for 10%) for Cd and ZVI (k value from 0.2304 for 1% to 0.5575 for 10%) for Pb. Considering reaction rate constant and half life for heavy metal stabilization, it was ordered as Zeolite > $CaCO_3$ > Dolomite > Steel slag > ZVI for Cd and $CaCO_3$ > Dolomite > Steel slag > Zeolite > ZVI for Pb. Overall result in this study can be interpreted that lime containing materials are more beneficial to remove heavy metals with high efficiency and less time consuming than absorbent materials.
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문제 정의
본 연구는 수용액 내 존재하는 Cd, Pb을 다양한 화학적 안정화제를 이용하여 안정화 효율성을 평가하였다. 연구에 사용한 안정화제는 중금속 이온과의 반응특성 별로 석회물 질, 광물질 등으로 구분하여 문헌조사를 바탕으로 5종을 선정하여 사용했다.
본 연구는 중금속으로 오염된 농경지에 적용하였을 때 토양의 질 및 작물의 안전성을 확보할 수 있는 최적의 안정화제 선정을 위한 기초자료 확보를 위해 수용액을 이용하여 다양한 화학 안정화물질의 중금속 안정화 효율 및 반응 속도상수를 결정하였다.
본 연구는 한국광해관리공단의 광해방지기술개발사업의 일환으로 “중금속 오염농경지의 물리·화학적 및 생물학적 개량 (정화)기술 개발”의 지원을 받아 수행한 연구 과제입니 다. 시료분석에 사용된 분석 장비는 강원대학교 농업생명과 학연구원의 지원으로 수행되었습니다.
제안 방법
다량의 중금속 이온과 반응시킨 안정화제의 표면관찰을 통한 생성물 검정 결과 SEM 사진으로 반응 전·후의 생성물 확인을 간접적으로 확인하였다. 또한, SEM-EDS 분석결과 반응 후물질 표면에서 Cd과 Pb의 성분 검출을 확인하였다. 그리고 XRD 분석을 통해 효율성이 좋았던 물질에서 Cd과 Pb 성분의 검출이 확인되어 수용액 상에 이온형태로 존재하는 중금 속의 복원에 안정화제를 이용한 저감은 효율적일 것으로 판단된다.
혼합용액은 1, 10, 30, 60, 120, 240, 480, 1440분 동안 반응온도 25℃, 교반속도 180 rpm의 조건으로 진탕하였으며, 반응이 종료된 혼합용액은 감압여과기로 여과하여 반응용액을 취하였다. 반응용액은 중금속 안정화에 영향을 미치는 pH 및 Cd과 Pb 함량을 측정하여 반응속도상수 (K)를 산출하였다. 안정화제별 중금속의 반응속도를 산출하기 위해 Kinetic model 식을 이용하여 반감기 (half-life)를 산정하였다 (Kim et al.
실험방법은 AA-ICP용 Cd, Pb 표준용액 (SHOWA, Japan) 1,000 mg L-1를 조제하여 안정화제와 1:10 (W/V)로 혼합 후 진탕기에서 반응온도 25℃, 교반속도 180 rpm의 조건으로 3일간 충분히 평형상태에 달하도록 반응시켰다. 반응이 종료된 반응용액은 감압여과기를 이용하여 혼합용액에서 안정화제만을 분리하였으며, 증류수를 사용하여 2-3회 깨끗하게 세척하여 건조시킨 시료를 분석용으로 하였다.
선정된 안정화제의 중금속 안정화 효율성을 검증하기 위하여 AA-ICP용 Cd, Pb 표준용액 (SHOWA, Japan)을 100 mg L-1 (pH 2)로 조제하여 안정화제를 1, 3, 5, 10% (solid/solution, W/V)의 비율로 혼합하였다. 혼합용액은 1, 10, 30, 60, 120, 240, 480, 1440분 동안 반응온도 25℃, 교반속도 180 rpm의 조건으로 진탕하였으며, 반응이 종료된 혼합용액은 감압여과기로 여과하여 반응용액을 취하였다.
안정화제 처리에 따른 중금속 안정화 반응 과정에서 발생하는 침전화합물을 검증하기 위해 XRD (X-Ray Diffractometry, D/Max-2200, Japan)와 SEM-EDS (Scanning Electron Microscope/Energy Dispersive Spectrometry, JSM-6300, Japan)를 이용하여 안정화제의 구성성분 및 표면의 반응 생성물을 분석하였다. 실험방법은 AA-ICP용 Cd, Pb 표준용액 (SHOWA, Japan) 1,000 mg L-1를 조제하여 안정화제와 1:10 (W/V)로 혼합 후 진탕기에서 반응온도 25℃, 교반속도 180 rpm의 조건으로 3일간 충분히 평형상태에 달하도록 반응시켰다. 반응이 종료된 반응용액은 감압여과기를 이용하여 혼합용액에서 안정화제만을 분리하였으며, 증류수를 사용하여 2-3회 깨끗하게 세척하여 건조시킨 시료를 분석용으로 하였다.
연구에 사용한 안정화제는 중금속 이온과의 반응특성 별로 석회물 질, 광물질 등으로 구분하여 문헌조사를 바탕으로 5종을 선정하여 사용했다. 안정화 효율성 평가방법은 용액 내 중금속 함량을 단계적으로 제조하여 안정화 효율성, 반감기 및반응속도 산정 및 반응 후 안정화제의 반응생성물 확인의 순으로 진행했다. 안정화 효율성 평가결과 석회물질 (CaCO3) 을 다량 함유하여 기본적으로 pH를 8이상으로 교정하는 안정화제의 경우 처리량에 상관없이 대부분 불용화되는 것으로 나타났으며, 낮은 산도교정 물질은 50% 수준의 효율성을 갖는 것으로 나타났다.
안정화제 처리에 따른 중금속 안정화 반응 과정에서 발생하는 침전화합물을 검증하기 위해 XRD (X-Ray Diffractometry, D/Max-2200, Japan)와 SEM-EDS (Scanning Electron Microscope/Energy Dispersive Spectrometry, JSM-6300, Japan)를 이용하여 안정화제의 구성성분 및 표면의 반응 생성물을 분석하였다. 실험방법은 AA-ICP용 Cd, Pb 표준용액 (SHOWA, Japan) 1,000 mg L-1를 조제하여 안정화제와 1:10 (W/V)로 혼합 후 진탕기에서 반응온도 25℃, 교반속도 180 rpm의 조건으로 3일간 충분히 평형상태에 달하도록 반응시켰다.
안정화제의 중금속에 대한 안정화 효율성을 평가 (Fig. 1)와 함께 안정화제의 반응력을 산정하였다. 안정화제의 반응력을 산정하기에 앞서 반감기를 산정하였으며, 반감기는 Figure 2와 같이 산출되었다.
2)에서 반응 전 입자의 표면은 매우 거친 판상으로 다공질을 보였지만, 안정화제와 반응 후의 표면은 중금속 이온과의 반응으로 생성된 화합물이 불규칙하게 흡착되어 있는 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 입자 표면 생성물의 구성성분을 분석하기 위해 EDS 분석을 수행하였다. CaCO3 , Dolomite와 반응 후 표면 관찰에서 Cd과 Pb peak가 확인되었으며, 이는 Rob and Jack (1987) 와 Pickering (1982)의 연구 결과와 같이 CaCO3 가 중금속 (M2+)과 반응하여 MCO3 화합물을 형성하여 중금속을 안정 화하는 결과와 일치하는 것으로 안정화제 (CaCO3 , Dolomite) 에서 발생한 CaCO3 에 의해 Cd과 Pb이 화합물을 형성하여 표면에 흡착된 것으로 판단된다.
반응 후 생성물 검정 수용액 중에 분포하는 중금속 이온은 안정화제의 처리에 따라 중금속 이온과 반응하여 불용성 화합물을 형성하여 침전한다 (Pickering, 1982; Rop and Jack, 1987). 하지만 본 연구의 반응생성물을 검정하기 위한 실험에서 반응 후 용액 상에서 침전물의 확인은 불가 능하였으며, 이를 검정하기 위해 처리제로 사용된 안정화제의 반응 후 표면을 SEM-EDS와 XRD를 이용하여 분석하였다. Figure 2는 3일간 충분히 반응 시킨 안정화제 표면의 SEM 사진과 EDS 분석을 통한 표면의 구성물질의 함량을 보여준다.
(pH 2)로 조제하여 안정화제를 1, 3, 5, 10% (solid/solution, W/V)의 비율로 혼합하였다. 혼합용액은 1, 10, 30, 60, 120, 240, 480, 1440분 동안 반응온도 25℃, 교반속도 180 rpm의 조건으로 진탕하였으며, 반응이 종료된 혼합용액은 감압여과기로 여과하여 반응용액을 취하였다. 반응용액은 중금속 안정화에 영향을 미치는 pH 및 Cd과 Pb 함량을 측정하여 반응속도상수 (K)를 산출하였다.
대상 데이터
이중 널리 사용되는 물질은 주로 토양산도 조절물질과 광물성물질들이 사용되고 있으며 유기성 안정화 물질은 토양중금속 안정화용도로 사용한 연구에서는 중금속의 용출량을 증가시키는 결과들이 보고되는 실정으로 토양적용에 대해서는 논란이 일고 있다. 본 연구에서는 중금속 복원에 사용이 적합할 것으로 판단되는 5종의 안정화제[CaCO3, Dolomite, Zeolite, Steel slag, Zerovalent iron (ZVI)]를 US EPA (2007)에서 제시된 토양오염복원 가이드북 및 기타 선행 연구자료 (Dermatas and Meng, 2003; Jo et al., 2008; Moon et al., 2010; Pickering, 1982; US EPA, 2007)를 참고하여 중금속에 대해 안정화가 가능한 물질을 참고하였다. 선행연구를 통해 선정한 안정화제는 사용 빈도가 높으며 안정화 효율성이 뛰어난 물질로 화학적 특성은 pH, EC, 치환성양이온함량, 입도분석, X선 회절분석, X선 형광분석 및 SEM-EDS를 이용하여 물리화학적 특성 및 표면 특성을 분석하였다 (Moon et al.
본 연구는 수용액 내 존재하는 Cd, Pb을 다양한 화학적 안정화제를 이용하여 안정화 효율성을 평가하였다. 연구에 사용한 안정화제는 중금속 이온과의 반응특성 별로 석회물 질, 광물질 등으로 구분하여 문헌조사를 바탕으로 5종을 선정하여 사용했다. 안정화 효율성 평가방법은 용액 내 중금속 함량을 단계적으로 제조하여 안정화 효율성, 반감기 및반응속도 산정 및 반응 후 안정화제의 반응생성물 확인의 순으로 진행했다.
데이터처리
안정화제의 반응력을 산정하기에 앞서 반감기를 산정하였으며, 반감기는 Figure 2와 같이 산출되었다. 또한 중금속에 대한 반응력이 좋았던 안정화제 (CaCO3 , Dolomite, Zeolite, Steel slag, ZVI)에 대한 반응성을 평가하기 위해 First Order Kinetic Model (Eq. 1)에 적용시켜 도출된 결과의 회귀방정식 기울기 값으로 반응속도상수를 산출하였으며 결과는 Table 3과 같이 First order kinetic에 적용되는 것으로 나타났다.
이론/모형
반응용액은 중금속 안정화에 영향을 미치는 pH 및 Cd과 Pb 함량을 측정하여 반응속도상수 (K)를 산출하였다. 안정화제별 중금속의 반응속도를 산출하기 위해 Kinetic model 식을 이용하여 반감기 (half-life)를 산정하였다 (Kim et al., 2007; Meers et. al, 2005; Yang et al., 1995).
성능/효과
ZVI의 경우 현재까지 잘 알려진 메커니즘인 산화-환원반응이 진행된 것을 확인할수 있었으며 침전물로 추측되는 물질들은 없는 것으로 나타 났다. EDS를 이용한 구성물질 분석 결과 Cd peak가 확인되 었으며, 이러한 결과는 ZVI의 산화로 Fe2O3와 같은 산화금 속상태로 변하면서 발생시킨 OH-가 용액의 pH를 증가시켜 산화된 ZVI 표면은 음전하를 띄며 Cd이 흡착된 것으로 판단된다. 또한 Steel slag의 경우도 EDS 분석 결과 Cd과 Pb의 peak가 확인되었다.
Figure 2는 3일간 충분히 반응 시킨 안정화제 표면의 SEM 사진과 EDS 분석을 통한 표면의 구성물질의 함량을 보여준다. SEM 분석 결과 (Fig. 2)에서 반응 전 입자의 표면은 매우 거친 판상으로 다공질을 보였지만, 안정화제와 반응 후의 표면은 중금속 이온과의 반응으로 생성된 화합물이 불규칙하게 흡착되어 있는 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 입자 표면 생성물의 구성성분을 분석하기 위해 EDS 분석을 수행하였다.
이는 표면에 분포하는 Fe0 의 산화로 인해 Cd2+ 이 Cd0 으로 전환되며 Cd 이온이 결정화된 것으로 판단된다. SEM-EDS 분석에서 확인되지 않았던 Zeolite도 XRD 분석에서는 PbO 형태의 화합물 peak가 검출되었으며 (Fig. 3(c)), 이는 Zeolite로 인해 상승한 높은 pH하에서 Pb 이 PbO의 형태 (2Ø=29)로 화합물을 형성한 것으로 판단된 다.
Table 2의 결과와 같이 Cd에 대한 반응력은 Zeolite > CaCO3 > Steel Slag > Dolomite > ZVI 순으로 반응력이 높았으며, Pb에 대한 반응력은 Steel Slag > CaCO3 > Dolomite > Zeolite > ZVI 순으로 반응력이 높은 것으로 나타났다.
또한, SEM-EDS 분석결과 반응 후물질 표면에서 Cd과 Pb의 성분 검출을 확인하였다. 그리고 XRD 분석을 통해 효율성이 좋았던 물질에서 Cd과 Pb 성분의 검출이 확인되어 수용액 상에 이온형태로 존재하는 중금 속의 복원에 안정화제를 이용한 저감은 효율적일 것으로 판단된다.
다량의 중금속 이온과 반응시킨 안정화제의 표면관찰을 통한 생성물 검정 결과 SEM 사진으로 반응 전·후의 생성물 확인을 간접적으로 확인하였다.
안정화 효율성 평가결과 석회물질 (CaCO3) 을 다량 함유하여 기본적으로 pH를 8이상으로 교정하는 안정화제의 경우 처리량에 상관없이 대부분 불용화되는 것으로 나타났으며, 낮은 산도교정 물질은 50% 수준의 효율성을 갖는 것으로 나타났다. 또한, 효율성이 크게 나타난 물질을 대상으로 반응속도상수 (K)를 산출한 결과 Cd의 경우 처리 량에 따라 증가하였지만, Pb의 경우 초기에 반응속도가 빠르게 일어나 처리량에 따른 평가는 불가능 하였다. 다량의 중금속 이온과 반응시킨 안정화제의 표면관찰을 통한 생성물 검정 결과 SEM 사진으로 반응 전·후의 생성물 확인을 간접적으로 확인하였다.
모든 안정화제는 혼합비율에 따른 안정화 효율성에 큰 차이를 나타내지 않았지만 Cd의 경우 steel slag를 1% 이상 처리해야 90%이상의 효율성이 나타나는 것으로 나타나는데 이는 수용액 상태에서 용해될 수 있는 Ca의 함량이 처리량 3% 수준에서 pH < 7로 교정시킬 수 있었던 것에 기인한 것으로 판단된다.
본 연구에서 사용된 안정화제의 효율성은 Cd과 Pb에 대해 CaCO3 > Dolomite > Zeolite > Steel slag > Zerovalent iron 인 것으로 나타났다.
생성물의 다른 검정방법인 XRD 분석 결과 반응 전 Dolomite 와 CaCO3 는 2Ø가 29.5에 존재하는 calcite (CaCO3)가 대부분 이었으며 (Lim et al., 2009) 반응 후에도 생성된 중금속 화합물은 없는 것으로 확인되었다.
안정화 효율성 평가방법은 용액 내 중금속 함량을 단계적으로 제조하여 안정화 효율성, 반감기 및반응속도 산정 및 반응 후 안정화제의 반응생성물 확인의 순으로 진행했다. 안정화 효율성 평가결과 석회물질 (CaCO3) 을 다량 함유하여 기본적으로 pH를 8이상으로 교정하는 안정화제의 경우 처리량에 상관없이 대부분 불용화되는 것으로 나타났으며, 낮은 산도교정 물질은 50% 수준의 효율성을 갖는 것으로 나타났다. 또한, 효율성이 크게 나타난 물질을 대상으로 반응속도상수 (K)를 산출한 결과 Cd의 경우 처리 량에 따라 증가하였지만, Pb의 경우 초기에 반응속도가 빠르게 일어나 처리량에 따른 평가는 불가능 하였다.
, 2010; Skoog and Leary, 1991). 안정화제들의 기본적인 화학적 특성은 Zero Valent Iron을 제외한 모든 안정화제의 pH (1:5)는 9-11의 범위로 강알칼리 물질로 나타났다. 치환성양이온 분석결과 Dolomite 17.
1및 Table 1과 같다. 안정화제로 사용된 물질 중 CaCO3, Dolomite, Zeolite, Steel slag는 Cd과 Pb에 대하여 모든 혼합비율에서 90% 이상의 안정화 효율성을 보였으며 이러한 효율성은 반응시간 동안 수용액 내의 산도 (pH)가 7정도의 수준으로 교정된 것에 기인한 것으로 판단된다. Cd과 Pb의 경우 pH가 8이상으로 교정된 CaCO3, Dolomite, Steel slag 처리구는 중금속이 대부분 불용화 되었다.
이는 비슷한 Particle size의 분포 (data not shown)로 비표면적도 비슷한 것에 기인한 것으로 판단된다. 안정화제의 사용량에 따른 중금속 (Cd, Pb) 저감 효율을 살펴본 결과 안정화제의 사용에 따라 중금속 안정화에 효과가 있는 것을 확인할 수 있으며, 안정화기작 및 대상 중금속에 따라 효율성이 다르게 나타나는 것을 알 수 있었다. 본 연구에서 사용된 안정화제의 효율성은 Cd과 Pb에 대해 CaCO3 > Dolomite > Zeolite > Steel slag > Zerovalent iron 인 것으로 나타났다.
62 cmolc kg-1로 조사되었으며 CaCO3, Steel slag는 높은 함량의 치환성 Ca이 검출되었는데 이는 가공과정에서 석회 첨가에 기인한 것으로 판단된다. 연구에 사용된 모든 안정화제의 입자는 Particle size analyzer (Mastersizer)를 이용하여 분석한 결과 0.3~300 ㎛의 미립자가 다량 분포하여 비표면적이 넓은 것으로 예측되며 이는 안정화제 입자표면 흡착반응에 큰 영향을 미칠 수 있을 것으로 판단되었다.
3(c)), 이는 Zeolite로 인해 상승한 높은 pH하에서 Pb 이 PbO의 형태 (2Ø=29)로 화합물을 형성한 것으로 판단된 다. 연구에 사용한 다양한 안정화제 중 XRD를 이용한 반응 생성물의 확인은 3종 (Steel slag, ZVI, Zeolite)으로 나타났 으며, CaCO 3 , Dolomite와 같은 높은 효율성을 나타낸 안정 화제의 확인이 불가능하였던 것은 낮은 함량을 기초로 연구가 수행되어 생성물의 정확한 흡착 위치를 탐색하지 못 한것에 기인한 것으로 판단된다. 또한 다른 안정화제의 경우 반응성이 낮아 반응에 따른 생성물의 양이 충분하지 못했던 것으로 판단된다.
모든 안정화제는 혼합비율에 따른 안정화 효율성에 큰 차이를 나타내지 않았지만 Cd의 경우 steel slag를 1% 이상 처리해야 90%이상의 효율성이 나타나는 것으로 나타나는데 이는 수용액 상태에서 용해될 수 있는 Ca의 함량이 처리량 3% 수준에서 pH < 7로 교정시킬 수 있었던 것에 기인한 것으로 판단된다. 중금속 제거 기작이 표면 흡착반응으로 유사한 광물성물질 Zeolite (93-100%), Dolomite (96-100%)의 효율성은 뛰어난 것으로 평가되었다. 이는 비슷한 Particle size의 분포 (data not shown)로 비표면적도 비슷한 것에 기인한 것으로 판단된다.
안정화제들의 기본적인 화학적 특성은 Zero Valent Iron을 제외한 모든 안정화제의 pH (1:5)는 9-11의 범위로 강알칼리 물질로 나타났다. 치환성양이온 분석결과 Dolomite 17.04 cmolc kg-1, CaCO3 366.35 cmol c kg-1, Steel slag 60.12 cmolc kg-1, Zero Valent Iron 5.96 cmolc kg-1, Zeolite 61.47 cmolc kg-1, Fly ash 73.06 cmolc kg-1, Bottom ash 22.62 cmolc kg-1로 조사되었으며 CaCO3, Steel slag는 높은 함량의 치환성 Ca이 검출되었는데 이는 가공과정에서 석회 첨가에 기인한 것으로 판단된다. 연구에 사용된 모든 안정화제의 입자는 Particle size analyzer (Mastersizer)를 이용하여 분석한 결과 0.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
중금속이란?
중금속이란 금속 중에서도 비중이 5.0 g cm -3 이상으로 지각에 미량 함유되어 있는 원소들을 말하며 중금속을 환경 학적으로 좀 더 정확하게 표현하면 잠재 유해 미량원소라 부를 수 있다. 특히 다양한 중금속 중 Ni, Cu와 같은 원소들은 환경 중에 극소량 존재할 때 식물의 미량영양원으로써의 역할을 수행하기도 하지만 다량 존재하게 될 경우 독성이 나타나게 되며 이러한 중금속 중 Pb, As, Cd 등은 인체에 대한 독성이 매우 강한 것으로 알려져 있다 (Jung et al.
화학적 안정 화제를 사용하여 중금속을 안정화시키는 기술의 장점은?
중금속으로 오염된 토양을 복원하기 위한 처리기술에는 물리적·화학적·생물학적 공법으로 분류되어 적용사례가 보고되고 있지만, 적용의 용이성·경제성 등을 고려할 때많은 문제점이 발생하고 있는 실정이다. 이 중 화학적 안정 화제를 사용하여 중금속을 안정화시키는 기술은 적용방법이 용이하고 처리비용이 저렴하여 국내에 적용이 용이한 공법으로 인식되고 있다. 하지만, 화학적 안정화 공법과 관련된 국내 연구는 특정 안정화제와 중금속에만 한정되어 있으며 다양한 안정화에 대한 국내 적용 사례는 미흡한 실정이다 (Kim, 2010).
중금속으로 오염된 물질의 복원에 사용되는 처리제는 중금속과의 반응특성에 따라 어떻게 구분할 수 있는가?
중금속 안정화제 선정 중금속으로 오염된 물질의 복원에 사용되는 처리제는 중금속과 반응하여 이동성·생물 유효도 등을 감소시켜 중금속에 의한 피해를 저감시켜 주는 역할을 한다. 이러한 처리제는 중금속과의 반응특성에 따라 유기성물질, 토양산도 (pH) 조절물질, 광물성물질로 구분할수 있다 (US EPA, 2007). 이중 널리 사용되는 물질은 주로 토양산도 조절물질과 광물성물질들이 사용되고 있으며 유기성 안정화 물질은 토양중금속 안정화용도로 사용한 연구 에서는 중금속의 용출량을 증가시키는 결과들이 보고되는 실정으로 토양적용에 대해서는 논란이 일고 있다.
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