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문제 정의
- 를 도입하였으며, 석신산 무수물과 반응시켜 -COOH 작용기를 도입하여 특성을 규명하였다. 최종적으로 고체 표면에 도입된 카르복실산과 수용액에 존재하는 중금속 납 이온 사이의 상호작용으로 제조된 물질에 의한 납 이온의 흡착 및 제거 특성을 평가하여 폐자원의 재활용 가능성을 살펴보았다.
제안 방법
- 세제 제조시설에서 배출되는 폐수는 물리·화학적인 방법으로 처리한 뒤 최종적으로 생물학적인 방법으로 처리하여 방류한다.
- 따라서, 치약 제조시설의 폐수처리는 주로 물리 · 화학적인 방법으로 처리한 후 필요시 생물학적인 방법으로 처리한다. 폐수를 집수조에 집수한 후 중화조에서 중화시켜 응집침전 후 부상분리 또는 가압부상 등의 방법으로 처리하고, 유기물을 제거하기 위하여 폭기조를 설치하고, 활성슬러지를 이용한 생물학적 처리를 한다. 필요시 여과 등의 후속처리를 실시한다.
- 본 연구에서는 세제 제조시설에서 발생하는 폐수에 Al(OH)3과 H3PO4를 가한 후, 수열반응을 시켜 AlPO4-계 물질을 합성하였고, 말단 위치에 -NH2 작용기를 갖는 silane 화합물을 이용하여 AlPO4-계 물질의 표면에 -NH2를 도입하였으며, 석신산 무수물과 반응시켜 -COOH 작용기를 도입하여 특성을 규명하였다. 최종적으로 고체 표면에 도입된 카르복실산과 수용액에 존재하는 중금속 납 이온 사이의 상호작용으로 제조된 물질에 의한 납 이온의 흡착 및 제거 특성을 평가하여 폐자원의 재활용 가능성을 살펴보았다.
- 폐수의 주요 성분은 양이온성, 중성 및 음이온성 계면활성제이며, 치약 제조공정에 사용되는 미세분말 실리카(지름 ~10 µm)와 NaCl이 포함되어 있다. 폐수에 존재하는 비휘발성 고형물의 함량을 측정하기 위하여 1000 g의 폐수를 대기 중에서 120℃의 중탕으로 가열하여 휘발성 물질과 수분을 증발시켰다. 원소분석(Fisons, EA1108, 한밭대학교), ICP-AES (Thermo Elemental, Thermo, ICAP 6000, 한밭대학교), 열무게 분석(TGA, TA Instruments, SDT 2960, 한밭대학교)을 통하여 고형물의 특성을 규명하였다.
- 폐수에 존재하는 비휘발성 고형물의 함량을 측정하기 위하여 1000 g의 폐수를 대기 중에서 120℃의 중탕으로 가열하여 휘발성 물질과 수분을 증발시켰다. 원소분석(Fisons, EA1108, 한밭대학교), ICP-AES (Thermo Elemental, Thermo, ICAP 6000, 한밭대학교), 열무게 분석(TGA, TA Instruments, SDT 2960, 한밭대학교)을 통하여 고형물의 특성을 규명하였다. 고형물의 강열 감량(loss on ignition)을 측정하기 위하여 3.
- 혼합물을 자기교반하면서 5분 간격으로 100 µL씩 3-aminopropyl-trimethoxysilane (APTMS)을 10회 첨가하였다.
- 원소분석(Fisons, EA1108, 한밭대학교), ICP-AES (Thermo Elemental, Thermo, ICAP 6000, 한밭대학교), 열무게 분석(TGA, TA Instruments, SDT 2960, 한밭대학교)을 통하여 고형물의 특성을 규명하였다. 고형물의 강열 감량(loss on ignition)을 측정하기 위하여 3.00 g의 고형물을 도가니에 담아 전기로(Thermo Scientific, FB1410M-33)에 넣고 600 ℃에서 1시간 동안 가열한 후, 질량 감소를 측정하였다.
- 합성된 물질의 X-선 회절분석은 X-선 회절 분석기(D/MAX2000, Rigaku)를 이용하여 Cu Kα 조사선으로 2θ = 4°/min 스캔속도로 5~70o까지 측정하였다. 합성된 물질의 형상은 주사전자현미경(FE-SEM, JSM-6335F, JEOL)으로 분석하였으며, 물질 표면의 화학적 조성은 EDS (energy dispersive spectrometry, Oxford, JEOL)로 분석하였다. KBr에 ~2%의 분말시료를 넣어 펠릿을 제작한 후, 적외선 분광기(Spectrum 100, Perkin Elmer, Inc.
- , ZetaPALS)를 이용하여 측정하였다. 생성물의 온도에 따른 열분해 반응에 의한 질량 감소는 열무게 분석(TGA, TA Instruments, SDT 2960)을 실시하여 관찰하였다. 승온 속도는 20 ℃/min을 사용하였다.
- )를 사용하였고, Osteryoung square wave voltammetry (OSWV) 전압전류법으로 측정하였다. 수용액의 pH는 반응 전과 후에 pH meter (Thermo Electron Co., Orion 5 Star)를 이용하여 측정하였다. 납 이온의 초기농도에서 특정 시간에 측정된 농도를 빼줌으로써 AlPO4-COOH에 의해 흡착된 납 이온의 양을 계산하였다.
- , Orion 5 Star)를 이용하여 측정하였다. 납 이온의 초기농도에서 특정 시간에 측정된 농도를 빼줌으로써 AlPO4-COOH에 의해 흡착된 납 이온의 양을 계산하였다.
- -계 물질을 합성하였다. 생성된 고체 화합물에 APTMS를 처리하여 표면을 -NH2 작용기로 개질한 후, 석신산 무수물과의 반응으로 COOH 기를 갖는 AlPO4-COOH를 제조하였다. 수용액에 존재하는 납 이온은 AlPO4-COOH와 반응하여 착물을 형성하며 고체의 표면에 흡착되며, 흡착에 대한 분배계수는 91.
- 합성된 물질의 X-선 회절분석은 X-선 회절 분석기(D/MAX2000, Rigaku)를 이용하여 Cu Kα 조사선으로 2θ = 4°/min 스캔속도로 5~70o까지 측정하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서는 세제 제조시설 중의 하나인 애경 청양공장에서 발생하는 폐수(pH=6.2) 원액을 전처리 없이 사용하였다. 폐수의 주요 성분은 양이온성, 중성 및 음이온성 계면활성제이며, 치약 제조공정에 사용되는 미세분말 실리카(지름 ~10 µm)와 NaCl이 포함되어 있다.
- (Japan)에서 구입하였으며, 모두 시약급 제품으로 추가적인 정제없이 사용하였다. Dimethylformamide (DMF)는 분자체를 이용하여 건조한 후 사용하였다.
이론/모형
- )를 이용하여 FT-IR 스펙트럼을 얻었다. 증류수에 분산된 시료의 표면전위는 Zeta potential analyzer(Brookhaven Instruments Co., ZetaPALS)를 이용하여 측정하였다. 생성물의 온도에 따른 열분해 반응에 의한 질량 감소는 열무게 분석(TGA, TA Instruments, SDT 2960)을 실시하여 관찰하였다.
- 22 µm)로 여과하여 고형물이 제거된 시료를 얻었다. 수용액 중에 포함된 납 이온의 농도는 BAS100W Electrochemical System 기기로 측정하였으며, 전극은 controlled growth mercury electrode (Bioanalytical System Inc.)를 사용하였고, Osteryoung square wave voltammetry (OSWV) 전압전류법으로 측정하였다. 수용액의 pH는 반응 전과 후에 pH meter (Thermo Electron Co.
성능/효과
- 2 g의 고형물을 얻었다. 고형물에는 탄소(53.6%)의 함량이 가장 높았으며, 수소의 함량은 8.6%이었고, 질소와 황의 함량은 각각 0.82%와 3.48%이었다. 이는 세제 제조시설에서 주로 탄소와, 수소, 황을 포함하는 SLES, AOS, LAS 등을 원료로 사용하기 때문이며, 섬유 유연제용으로 tetraalkylammonium salt 등이 사용되기 때문이다.
- 6에 나타내었다. 실험 결과, 초기에는 빠른 속도로 수용액으로부터 납 이온이 제거되어 AlPO4-COOH에 흡착되는 것을 관찰할 수 있으며, 약 40시간이 경과되면 흡착량이 포화되어 농도가 일정해지는 것을 관찰하였다. 흡착 반응에 의하여 수용액에 존재하는 납 이온의 농도의 감소량은 0.
후속연구
- 1 mL/g로 얻어졌다. 따라서 폐자원의 개질을 통하여 기능성 물질인 AlPO4-COOH를 제조하였으며, 이 물질은 납 이온 등 중금속의 흡착 및 제거에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
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