유기탄소와 Cr(VI)와의 반응을 연구하여 위하여 컬럼 실험을 실시하였다. 컬럼 실험은 거름토의 유기탄소와 수용액 속의 Cr(VI)와의 반응 후 시간별로 채취한 컬럼의 유출수와 반응 후 컬럼에 남은 고체물질에 대하여 화학분석과 SEM 관찰을 실시하였다. 컬럼에 공급된 Cr(VI)은 초기 유출수에서는 검출되지 않다가 약 8 PV (pore volume) 후 급격한 농도 증가를 보이며 공급수의 농도(20 mg/kg)까지 높아져 본 실험 조건에서 초기에 유기탄소와 Cr(VI)과의 반응에 의하여 일정 기간 동안 제거됨을 보인다. 전반적으로 유출수에서 측정된 양이온과 음이온의 농도는 $PO_4$를 제외하고 초기에 증가하였다가 시간이 지나면서 감소하는 경향을 보인다. 대부분의 이온들이 공급수에는 검출되진 않았거나 매우 낮은 농도임을 감안하면 이 이온들은 주로 유기탄소에서 유출된 것으로 판단된다. SEM 관찰결과 Cr은 유기탄소 표면에 Fe와 함께 공침되었음을 보이고 일부 침전물에 Mn, Ni, Co 등과 같은 금속들이 함께 함유되어있음을 보여준다. 이는 유기탄소 표면의 환원환경에서 Cr(VI)가 환원이 되어 $Cr(OH)_3$로 침전되면서 $Fe(OH)_3$와 같이 공침하였음을 보여주며 Fe의 존재가 Cr의 침전에 있어서 매우 중요함을 지시한다. 추후 용해성 Fe와 Mn과 같은 원소들이 더 이상 용출되지 않으면 Cr(VI)는 더 이상 침전 반응으로 제거되지 않는다. 다른 이온들과 달리 $PO_4$의 경우 초기 유출수에서 감소를 보이고 추후에 농도가 증가하는데 이는 유기탄소에 포함되어 있던 $PO_4$가 유출된 후에 Cr과 Fe의 침전물에 효과적으로 흡착이 되고 침전물이 더 이상 생성되지 않게 되면 원래 유기탄소로부터 용해되어 나온 $PO_4$의 농도로 회귀되어 일정한 값을 보이는 것으로 생각된다.
유기탄소와 Cr(VI)와의 반응을 연구하여 위하여 컬럼 실험을 실시하였다. 컬럼 실험은 거름토의 유기탄소와 수용액 속의 Cr(VI)와의 반응 후 시간별로 채취한 컬럼의 유출수와 반응 후 컬럼에 남은 고체물질에 대하여 화학분석과 SEM 관찰을 실시하였다. 컬럼에 공급된 Cr(VI)은 초기 유출수에서는 검출되지 않다가 약 8 PV (pore volume) 후 급격한 농도 증가를 보이며 공급수의 농도(20 mg/kg)까지 높아져 본 실험 조건에서 초기에 유기탄소와 Cr(VI)과의 반응에 의하여 일정 기간 동안 제거됨을 보인다. 전반적으로 유출수에서 측정된 양이온과 음이온의 농도는 $PO_4$를 제외하고 초기에 증가하였다가 시간이 지나면서 감소하는 경향을 보인다. 대부분의 이온들이 공급수에는 검출되진 않았거나 매우 낮은 농도임을 감안하면 이 이온들은 주로 유기탄소에서 유출된 것으로 판단된다. SEM 관찰결과 Cr은 유기탄소 표면에 Fe와 함께 공침되었음을 보이고 일부 침전물에 Mn, Ni, Co 등과 같은 금속들이 함께 함유되어있음을 보여준다. 이는 유기탄소 표면의 환원환경에서 Cr(VI)가 환원이 되어 $Cr(OH)_3$로 침전되면서 $Fe(OH)_3$와 같이 공침하였음을 보여주며 Fe의 존재가 Cr의 침전에 있어서 매우 중요함을 지시한다. 추후 용해성 Fe와 Mn과 같은 원소들이 더 이상 용출되지 않으면 Cr(VI)는 더 이상 침전 반응으로 제거되지 않는다. 다른 이온들과 달리 $PO_4$의 경우 초기 유출수에서 감소를 보이고 추후에 농도가 증가하는데 이는 유기탄소에 포함되어 있던 $PO_4$가 유출된 후에 Cr과 Fe의 침전물에 효과적으로 흡착이 되고 침전물이 더 이상 생성되지 않게 되면 원래 유기탄소로부터 용해되어 나온 $PO_4$의 농도로 회귀되어 일정한 값을 보이는 것으로 생각된다.
A column experiment was carried out to study the reaction of Cr(VI) with organic carbon. Chemical analysis for the effluent collected at different times after the reaction of Cr(VI) with organic carbon in compost and SEM observation for the solid samples remaining after the reaction were conducted. ...
A column experiment was carried out to study the reaction of Cr(VI) with organic carbon. Chemical analysis for the effluent collected at different times after the reaction of Cr(VI) with organic carbon in compost and SEM observation for the solid samples remaining after the reaction were conducted. Cr(VI) supplied to the column was not detected in the effluent from column at initial stage, but the concentration of Cr(VI) increased abruptly and maintained the initial supplied concentration (20 mg/kg), indicating that Cr(VI) was effectively removed from the solution at the first state. In general, the concentrations of cations and anions with the exception of $PO_4$ increased and decreased again. Considering that most of these ions were not detected or showed very low concentration, these ions are considered to originate from the organic carbon in the column. SEM observation showed that Cr was coprecipitated with Fe on the surface of organic carbon with small amount of other metals such as Mn, No, and Co. This indicated that on the reduction condition on the organic carbon, Cr(VI) was reduced to $Cr(OH)_3$ and coprecipitated with $Fe(OH)_3$, and that Fe is very important in the precipitation of Cr. After the soluble Fe and Mn are not dissolved any more, $Cr(OH)_3$ is not precipitated. Different from other ions, the concentrations of $PO_4$ decreased and increased, which was thought to be the result of the release of $PO_4$ from organic carbon and sorption on the precipitates. After the maximum sorption on the precipitates and no further release of Fe, the concentration of $PO_4$ returns to its original value measured for the ones released from the organic carbon.
A column experiment was carried out to study the reaction of Cr(VI) with organic carbon. Chemical analysis for the effluent collected at different times after the reaction of Cr(VI) with organic carbon in compost and SEM observation for the solid samples remaining after the reaction were conducted. Cr(VI) supplied to the column was not detected in the effluent from column at initial stage, but the concentration of Cr(VI) increased abruptly and maintained the initial supplied concentration (20 mg/kg), indicating that Cr(VI) was effectively removed from the solution at the first state. In general, the concentrations of cations and anions with the exception of $PO_4$ increased and decreased again. Considering that most of these ions were not detected or showed very low concentration, these ions are considered to originate from the organic carbon in the column. SEM observation showed that Cr was coprecipitated with Fe on the surface of organic carbon with small amount of other metals such as Mn, No, and Co. This indicated that on the reduction condition on the organic carbon, Cr(VI) was reduced to $Cr(OH)_3$ and coprecipitated with $Fe(OH)_3$, and that Fe is very important in the precipitation of Cr. After the soluble Fe and Mn are not dissolved any more, $Cr(OH)_3$ is not precipitated. Different from other ions, the concentrations of $PO_4$ decreased and increased, which was thought to be the result of the release of $PO_4$ from organic carbon and sorption on the precipitates. After the maximum sorption on the precipitates and no further release of Fe, the concentration of $PO_4$ returns to its original value measured for the ones released from the organic carbon.
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문제 정의
본 연구의 목적은 부식토를 이용한 Cr(VI)의 제거를 컬럼 실험을 통하여 연구하고 부식토를 기반으로 한 PRB와 Cr(VI)와의 반응에서 일어나는 광물학적 지구화학적 변화를 알기 위한 것이다. 본 연구를 위하여 매립지의 부식토를 유기물로 사용한 컬럼 실험이 80일 동안 수행되었으며 이들에 대한 광물학적 지구화학적 방법이 수행되었다.
제안 방법
본 연구의 목적은 부식토를 이용한 Cr(VI)의 제거를 컬럼 실험을 통하여 연구하고 부식토를 기반으로 한 PRB와 Cr(VI)와의 반응에서 일어나는 광물학적 지구화학적 변화를 알기 위한 것이다. 본 연구를 위하여 매립지의 부식토를 유기물로 사용한 컬럼 실험이 80일 동안 수행되었으며 이들에 대한 광물학적 지구화학적 방법이 수행되었다.
347 PV/d였다. 컬럼으로부터 나오는 유출수는 3일 또는 4일 간격으로 채취하였다. 35일이 지난 후 시료 채취 간격은 6, 7, 12, 20일로 간격을 길게 바꾸었다.
컬럼으로부터 나오는 유출수는 3일 또는 4일 간격으로 채취하였다. 35일이 지난 후 시료 채취 간격은 6, 7, 12, 20일로 간격을 길게 바꾸었다. 총 15개의 유출수가 채취되었다.
알칼리도, pH, Eh 등은 시료 채취 후 측정하였으며 알칼리도는 HACH 알칼리도 키트(Model ALDT)로 0.16 N의 H2SO4 용액을 이용하여 Model 16900 디지탈 적정기를 사용하였으며 Orion Ross 815600 pH 전극과 Orion 9678 Eh 전극을 사용하여 pH와 Eh를 측정하였다.
양이온과 음이온의 경우 유도결합플라즈마-광학 방출분광법(Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectroscopy, ICP-OES, Thermo Jarrell Ash Corporation)과 이온 크로마토그래피(Ion Chromatography, IC, Dionex DX 600)를 이용하여 분석하였다. 컬럼 실험 후 고체 시료들은 컬럼에서 분리하여 컬럼 하부로부터 1, 2, 7, 13, 22, 36 cm 시료를 채취하여 그 상태로 동결 건조하였으며 이를 주사전자현미경(FE-SEM; Leo1530, Carl Zeiss SMT GmbH)으로 분석하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용한 Cr(VI)는 Cr2O72-로서 이 화학종이 환원되는 과정에서 6e- + 14H+ + Cr2O72- → Cr3+ + 7H2O의 반응을 통하여 Cr3+이온으로 바뀌게 되며 이러한 반응으로 수소이온을 소모하여 pH를 증가시키는 것으로 생각된다.
본 실험을 위하여 40 cm 길이의 5 cm의 내부 구경을 갖고 있는 PlexiglasTM 컬럼을 사용하였다. 본 컬럼은 물시료를 채취할 수 있도록 실험에 사용된 유기탄소의 경우 캐나다 워털루 매립지에서 채취한 거름토를 사용하였다.
컬럼을 사용하였다. 본 컬럼은 물시료를 채취할 수 있도록 실험에 사용된 유기탄소의 경우 캐나다 워털루 매립지에서 채취한 거름토를 사용하였다. 이 거름토를 모래(오타와 석영 모래, 20 메시와 30 메시 사이의 크기)와 부피비로 1 : 10으로 섞었으며 계산된 공극률은 0.
Cr(VI)의 실험을 위하여 K2CrO7을 방해석이 포화된 물에 녹여서 20 mg/kg의 Cr(VI)용액을 만들었다. 준비된 Cr(VI) 용액을 Ismatec 사의 멀티채널 정량펌프(Model 78001-12)를 사용하여 컬럼 위로 용액을 공급하였다. 하나의 공극부피(pore volume, PV)는 약 334 ml에 해당되었으며 용액의 공급 속도는 13.
35일이 지난 후 시료 채취 간격은 6, 7, 12, 20일로 간격을 길게 바꾸었다. 총 15개의 유출수가 채취되었다.
이론/모형
컬럼 유출수에 포함되어 있는 Cr(VI)는 비색법의 하나인 1.5-diphenylcarbohydrazide comlexation 방법을 사용하여 측정하였다(Greenberg et al., 1992; Jeen et al., 2008). 유출수의 물 시료들은 0.
양이온과 음이온의 경우 유도결합플라즈마-광학 방출분광법(Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectroscopy, ICP-OES, Thermo Jarrell Ash Corporation)과 이온 크로마토그래피(Ion Chromatography, IC, Dionex DX 600)를 이용하여 분석하였다. 컬럼 실험 후 고체 시료들은 컬럼에서 분리하여 컬럼 하부로부터 1, 2, 7, 13, 22, 36 cm 시료를 채취하여 그 상태로 동결 건조하였으며 이를 주사전자현미경(FE-SEM; Leo1530, Carl Zeiss SMT GmbH)으로 분석하였다.
성능/효과
, 2007, 2008). 그러나 본 연구의 결과 실제 컬럼 속 물질이 영가철과 같은 쉽게 산화되는 철이 아니더라고 물질 내에서 녹아나오는 철에 의하여도 일부 Cr(VI)가 침전되어 제거될 수 있음을 보여준다.
, 2000). 따라서 공침보다는 침전된 Fe 수산화물 표면에 강하게 흡착되어 유출수에서의 PO4농도가 낮아지고 추후에 용해된 Fe의 감소로 더 이상 침전물이 형성되지 않고 Fe 수산화물의 표면에 PO4의 흡착이 최고에 달하여 더 이상의 흡착이 일어나지 않으면 유기 탄소로부터 용해된 PO4가 쉽게 배출되어 유출수에 PO4의 농도와 Cr(VI)의 농도가 함께 증가하여 PO4의 농도는 흡착되기 전의 농도로 일정한 값을 유지 하는 것으로 생각된다.
본 연구에서 수행된 컬럼 실험 결과 부식토의 유기탄소는 어느 정도 물속의 Cr(VI)을 제거를 할 수 있음을 보여주었다. 실험 도중 초기에서는 유출 수에서는 Cr(VI)가 검출되지 않았지만 일정 시간이 지나면서 Cr(VI)의 농도가 급격하게 증가하여 반응 초기에 환원, 침전, 흡착과 같은 지구 화학적 및 광물학적 반응에 의하여 Cr(VI)이 제거되었음을 보여준다.
그러나 PO4는 유기탄소 표면의 Fe의 침전물 표면에 강하게 흡착되어 더 이상 Fe의 침전물이 형성되지 않게 되면 더 이상 흡착되지 않아 수용액 속의 농도 증가를 가져오고 Cr(VI)와 비슷한 경향을 보여 다른 이온들과 다른 거동을 보이는 것으로 판단된다. 본 연구 결과는 기존의 실험연구처럼 환원된 철을 사용하지 않더라도 거름토와 같은 유기탄소처럼 어느 정도 환원 환경을 만들며 약간의 철을 공급할 수 있는 물질을 사용하여 효과적으로 Cr(VI)를 제거할 수 있음을 보여준다.
이러한 침전물은 반응전의 유기물에서는 SEM 상에서 관찰되지 않아 공급수 내의 Cr(VI)과의 반응에 의한 침전물임을 알 수 있었다. 따라서 본 컬럼 실험에서 일어나는 Cr의 제거는 주로 침전에 의한 것임을 알 수 있다. 기존 다양한 유기물들과의 반응 실험들이 Cr(VI)의 제거를 흡착으로 설명하고 있는 것을 고려하면(Sharma and Forster, 1995; Cimino et al.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
투수성 반응벽체의 개발 목적은 무엇인가?
투수성 반응벽체(permeable reactive barriers, PRBs) 는 다양한 반응성 물질을 포함하며 지하수의 Cr(VI) 를 처리하기 위하여 개발되었다. 이러한 Cr(VI)와 PRB와의 반응에는 환원, 흡착, 침전 등이 있다 (Chirwa and Wang, 1997; Mohan and Pittman Jr.
컬럼 유출수에 포함되어 있는 Cr을 측정하기 위해 사용한 방법은 무엇인가?
컬럼 유출수에 포함되어 있는 Cr(VI)는 비색법의 하나인 1.5-diphenylcarbohydrazide comlexation 방법을 사용하여 측정하였다(Greenberg et al., 1992; Jeen et al.
Cr(VI)의 흡착제로 바가스(bagasse), 벼껍질, 벼껍질 탄소, 헤이즐넛 탄소 등을 사용함으로 얻을 수 있는 장점은 무엇인가?
이들 연구에 의하면 이들은 효과적인 흡착제의 역할을 하는 것으로 알려졌다. 이러한 물질들의 장점은 값이 싸고 환경에 유해한 물질처리를 하지 않아도 된다는 장점이 있다.
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