구리, 아연 및 납 등의 중금속으로 오염된 사격장 토양으로부터 중금속 성분을 제거하기 위한 친환경적인 공정을 개발하기 위해 구연산용액을 이용하여 중금속 침출거동에 대한 pH의 영향을 조사하였다. 구연산 침출실험은 구연산과 구연산나트륨을 혼합하여 pH를 조절한 용액을 이용하여 시료입도 $75{\mu}m$이하, 반응온도 $50^{\circ}C$, 구연산 농도 1 몰, 광액농도 5%, 교반속도 100 rpm, 그리고 침출시간 1 시간의 조건에서 진행하였다. 침출반응 전후의 pH 변화는 미미하여 침출에 미치는 수소이온농도의 직접적인 영향은 크지 않은 것으로 판단되었다. 구리, 아연, 납의 제거율은 pH가 증가함에 따라 감소하였고, 열역학적인 계산결과, 이와 같은 침출거동은 중금속 이온이 구연산염 이온종과 착이온을 형성하는 반응과 중금속이온이 수산화이온과 결합하여 수산화물로 침전하는 반응에 의해 결정되는 것으로 분석되었다.
구리, 아연 및 납 등의 중금속으로 오염된 사격장 토양으로부터 중금속 성분을 제거하기 위한 친환경적인 공정을 개발하기 위해 구연산용액을 이용하여 중금속 침출거동에 대한 pH의 영향을 조사하였다. 구연산 침출실험은 구연산과 구연산나트륨을 혼합하여 pH를 조절한 용액을 이용하여 시료입도 $75{\mu}m$이하, 반응온도 $50^{\circ}C$, 구연산 농도 1 몰, 광액농도 5%, 교반속도 100 rpm, 그리고 침출시간 1 시간의 조건에서 진행하였다. 침출반응 전후의 pH 변화는 미미하여 침출에 미치는 수소이온농도의 직접적인 영향은 크지 않은 것으로 판단되었다. 구리, 아연, 납의 제거율은 pH가 증가함에 따라 감소하였고, 열역학적인 계산결과, 이와 같은 침출거동은 중금속 이온이 구연산염 이온종과 착이온을 형성하는 반응과 중금속이온이 수산화이온과 결합하여 수산화물로 침전하는 반응에 의해 결정되는 것으로 분석되었다.
The effect of pH on the citrate leaching behavior of heavy metal ion was investigated to develop an eco-friendly process for removing heavy metals from soil contaminated with copper, zinc, and lead. The leaching tests were performed using citrate solution with pH adjusted by mixing citric acid and s...
The effect of pH on the citrate leaching behavior of heavy metal ion was investigated to develop an eco-friendly process for removing heavy metals from soil contaminated with copper, zinc, and lead. The leaching tests were performed using citrate solution with pH adjusted by mixing citric acid and sodium citrate under the following leaching conditions: particle size, under $75{\mu}m$; temperature, $50^{\circ}C$; citrate concentration, $1kmol/m^3$; pulp density, 5%; shaking speed, 100 rpm; leaching time, 1 hour. The difference of pH before and after the leaching test was not observed, and this result indicates the direct effect of hydrogen ion concentration on the leaching of metals was insignificant. The removal ratios of copper, zinc, and lead from the contaminated soil decreased with increasing pH. The thermodynamic calculation suggests that the leaching behaviors of metal ions were determined by two reactions; one is the reaction to form complex ions between heavy metal ions and citrate ion species, and the other is the reaction to form metal hydroxide between heavy metal ions and hydroxide ion.
The effect of pH on the citrate leaching behavior of heavy metal ion was investigated to develop an eco-friendly process for removing heavy metals from soil contaminated with copper, zinc, and lead. The leaching tests were performed using citrate solution with pH adjusted by mixing citric acid and sodium citrate under the following leaching conditions: particle size, under $75{\mu}m$; temperature, $50^{\circ}C$; citrate concentration, $1kmol/m^3$; pulp density, 5%; shaking speed, 100 rpm; leaching time, 1 hour. The difference of pH before and after the leaching test was not observed, and this result indicates the direct effect of hydrogen ion concentration on the leaching of metals was insignificant. The removal ratios of copper, zinc, and lead from the contaminated soil decreased with increasing pH. The thermodynamic calculation suggests that the leaching behaviors of metal ions were determined by two reactions; one is the reaction to form complex ions between heavy metal ions and citrate ion species, and the other is the reaction to form metal hydroxide between heavy metal ions and hydroxide ion.
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문제 정의
중금속 오염토양으로부터 구연산에 의한 중금속 침출에 대한 연구가 다수 수행되어 왔음에도 불구하고, 중금속 오염토양에 대한 침출기구에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 친환경적인 중금속 오염토양 처리공정을 개발하기 위해서 구연산 침출실험과 열역학적인 계산을 병행하여 중금속 오염토양으로부터 납, 구리, 아연의 침출거동에 대한 pH의 영향을 조사하였다.
제안 방법
구리, 아연 및 납으로 오염된 중금속 오염토양으로부터 중금속 성분을 제거하기 위해 친환경적인 구연산을 사용하여 침출실험을 진행하고, 침출거동에 대한 pH의 영향을 분석하였다.
)을 혼합하여 최종 구연산의 농도가 1몰이 되도록 준비하였으며, 두 용액의 비율을 1:10부터 10:1까지로 하여 용액의 pH를 조절하였다. 침출실험은 진탕항온수조 (BS-31, Jeio-tech)을 이용하여 진행하였으며, 반응온도 50oC, 광액농도 5% (1 g/20 ml), 교반속도 100 rpm의 조건에서 반응시간 1시간 동안 진행하였다. 용액의 pH는 침출실험 전과 후에 pH 측정기(HM-25R, DKK-TOA, Co.
대상 데이터
9 mg/kg로 나타났다. 구연산 용액은 구연산 (citric acid monohydrate, 99.5%, Junsei Chemical Co., Ltd.)과 구연산나트륨 (trisodium citrate dihydrate, 99.0%, Junsei Chemical Co., Ltd.)을 혼합하여 최종 구연산의 농도가 1몰이 되도록 준비하였으며, 두 용액의 비율을 1:10부터 10:1까지로 하여 용액의 pH를 조절하였다. 침출실험은 진탕항온수조 (BS-31, Jeio-tech)을 이용하여 진행하였으며, 반응온도 50oC, 광액농도 5% (1 g/20 ml), 교반속도 100 rpm의 조건에서 반응시간 1시간 동안 진행하였다.
구연산 침출실험은 사격장 A와 B의 75 µm 이하 시료를 대상으로 진행되었다. 사격장 A에서 납, 구리, 아연의 농도는 각각 369.
본 실험에서 사용된 시료는 국내 사격장에서 확보한 것으로 사격장명을 밝힐 수 없어 편의상 사격장 A와 B로 구분하여 기술한다. Fig.
성능/효과
중금속 오염토양의 구연산 침출반응 전후의 pH는 큰 변화가 없었으며, 이 결과는 중금속 침출반응에 수소이온의 영향이 미미한 것을 나타낸다. 구연산에 의한 오염토양으로부터의 중금속 제거율은 금속종류나 사이트에 따라 다양하게 관찰되었으나 금속별로 pH가 증가함에 따라 제거율이 감소하는 경향이 비슷하게 나타났고, pH 4 이하의 조건에서 오염토양 중 잔존 중금속 농도는 토양오염 우려기준 2지역의 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 침출거동의 차이는 지역과 금속 특성에 따라 풍화된 정도가 다른 것이 원인으로 생각되었다.
열역학적 계산 결과, 구연산염 이온이 pH가 증가함에 따라 수소이온의 수가 적은 이온종의 농도가 증가하였으며, 수소이온의 수가 적은 이온종일수록 중금속 이온과 착이온을 형성하는 반응의 평형상수가 큰 것을 알 수 있었다. 따라서 오염토양 중의 중금속 성분의 침출거동은 구연산염 이온종과의 착이온 형성과 수산화물 침전에 의해 결정되는 것을 알 수 있었다.
침출거동의 차이는 지역과 금속 특성에 따라 풍화된 정도가 다른 것이 원인으로 생각되었다. 열역학적 계산 결과, 구연산염 이온이 pH가 증가함에 따라 수소이온의 수가 적은 이온종의 농도가 증가하였으며, 수소이온의 수가 적은 이온종일수록 중금속 이온과 착이온을 형성하는 반응의 평형상수가 큰 것을 알 수 있었다. 따라서 오염토양 중의 중금속 성분의 침출거동은 구연산염 이온종과의 착이온 형성과 수산화물 침전에 의해 결정되는 것을 알 수 있었다.
중금속 오염토양의 구연산 침출반응 전후의 pH는 큰 변화가 없었으며, 이 결과는 중금속 침출반응에 수소이온의 영향이 미미한 것을 나타낸다. 구연산에 의한 오염토양으로부터의 중금속 제거율은 금속종류나 사이트에 따라 다양하게 관찰되었으나 금속별로 pH가 증가함에 따라 제거율이 감소하는 경향이 비슷하게 나타났고, pH 4 이하의 조건에서 오염토양 중 잔존 중금속 농도는 토양오염 우려기준 2지역의 기준을 만족하는 것으로 나타났다.
구연산에 의한 오염토양으로부터의 중금속 제거율은 금속종류나 사이트에 따라 다양하게 관찰되었으나 금속별로 pH가 증가함에 따라 제거율이 감소하는 경향이 비슷하게 나타났고, pH 4 이하의 조건에서 오염토양 중 잔존 중금속 농도는 토양오염 우려기준 2지역의 기준을 만족하는 것으로 나타났다. 침출거동의 차이는 지역과 금속 특성에 따라 풍화된 정도가 다른 것이 원인으로 생각되었다. 열역학적 계산 결과, 구연산염 이온이 pH가 증가함에 따라 수소이온의 수가 적은 이온종의 농도가 증가하였으며, 수소이온의 수가 적은 이온종일수록 중금속 이온과 착이온을 형성하는 반응의 평형상수가 큰 것을 알 수 있었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
오염토양을 처리하기 위한 방법은 무엇이 있는가?
오염토양을 처리하기 위해서 다양한 방법이 개발되어 왔으며, phytoremediation, 열탈착공정, 동전기 정화공정 및 토양세척공정 등이 대표적이다.6) 토양세척공정은 중금속 오염토양으로부터 중금속성분을 적출하여 제거하는 것이 가능하기 때문에 중금속 오염토양 처리분야에서 활용이 기대되고 있다.
중금속을 적출하여 제거하기 위한 토양세척공정의 첨가제로는 무엇이 있는가?
6) 토양세척공정은 중금속 오염토양으로부터 중금속성분을 적출하여 제거하는 것이 가능하기 때문에 중금속 오염토양 처리분야에서 활용이 기대되고 있다.7) 토양세척공정의 처리효율을 개선하기 위하여 다양한 첨가제가 이용되고 있으며, 분산제, 강산, 유기산 등이 이용되고 있다. 염산 (hydrochloric acid, HCl) 및 질산 (nitric acid, HNO3) 등의 강산은 강력한 중금속 침출제이지만,3,8,9) 오염토양 처리후 토양의 산성화 등 2차오염을 일으키기 때문에 중화처리공정 등의 추가적인 처리가 요구될 수 있다.
토양세척공정이 중굼속 오염토양 처리분야에서 활용이 기대되는 이유는 무엇인가?
오염토양을 처리하기 위해서 다양한 방법이 개발되어 왔으며, phytoremediation, 열탈착공정, 동전기 정화공정 및 토양세척공정 등이 대표적이다.6) 토양세척공정은 중금속 오염토양으로부터 중금속성분을 적출하여 제거하는 것이 가능하기 때문에 중금속 오염토양 처리분야에서 활용이 기대되고 있다.7) 토양세척공정의 처리효율을 개선하기 위하여 다양한 첨가제가 이용되고 있으며, 분산제, 강산, 유기산 등이 이용되고 있다.
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