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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 상용되고 있는 목질계 활성탄을 흡착제로 하여 MB와 CV의 흡착능을 검토하고 선행 타연구자들의 흡착능 결과와 비교하였다. 회분식 흡착 실험결과를 유사 1차 속도식과 유사 2차 속도식을 적용하고, 흡착속도 메커니즘과 내부입자확산계수 및 유효확산계수를 고찰하였다.
제안 방법
- 활성탄은 먼저 100/140 mesh로 체분리한 다음에 증류수로 여러 번 세척하고 100℃의 건조기에서 24시간 건조하여 사용하였다. BET 비표면 측정장치(Micromeritics, ASAP 2010)를 이용하여 활성탄의 비표면적, 총 세공부피 및 평균세공직경을 측정하였으며, FT-IR 측정장치(Jasco, FT-IR 4100)를 사용하여 활성탄의 표면 작용기의 분자구조와 성분을 측정하였다.
- MB와 CV의 흡착특성을 알아보기 위해 두 염료의 초기농도가 각각 250 mg/L 및 400 mg/L인 용액 300 mL에 활성탄을 각각 0.15 g 및 0.3 g씩 넣고 교반하면서 일정시간 간격으로 시료를 채취하여 농도를 분석한 결과를 Fig. 3에 나타내었다. 그림에서 보듯이 MB와 CV의 제거속도는 약 3∼5 hr까지 매우 빠르게 일어났으며, 이후에는 서서히 감소하다가 20 hr 이후에는 거의 평형에 도달하였다.
- 회분식 흡착 실험결과를 유사 1차 속도식과 유사 2차 속도식을 적용하고, 흡착속도 메커니즘과 내부입자확산계수 및 유효확산계수를 고찰하였다. 또한 흡착등온실험 자료를 Langmuir, Freundlich 및 DubininRadushkevich 흡착 등온식에 적용하여 검토하고, 온도변화에 따른 흡착능 실험을 통해 열역학적 해석을 행하였다.
- 상용되고 있는 목질계 활성탄을 흡착제로 사용하여 수중의 MB와 CV을 제거하는 회분식 흡착실험을 수행하였다. 활성탄에 의한 두 염료의 흡착은 약 3∼5 hr내에서는 매우 빠르게 일어났으며, 20 hr 이후에는 평형에 도달하였고, 흡착 속도는 유사 2차 모델식에 잘 맞는 것으로 나타났다.
- 실험은 회분식으로 수행하였으며, 250 ml 삼각플라스크에 일정량의 염료 용액과 활성탄을 넣고 수평 진탕기(Johnsam, JS-FS-2500)를 사용하여 250 rpm으로 교반하면서 일정 시간간격으로 시료를 채취하였다. 채취한 시료는 원심분리기(Hanil, HA-12)를 이용하여 3600 rpm에서 원심분리한 후 상등액을 채취하였다.
- 채취한 시료는 원심분리기(Hanil, HA-12)를 이용하여 3600 rpm에서 원심분리한 후 상등액을 채취하였다. 용액 중의 MB와 CV 농도는 UV-vis분광광도계(Shimadzu, MINI-1240)를 사용하여 MB와 CV의 최대 흡수 파장인 664 nm와 582 nm에서 흡광도를 측정하여 구하였다. 흡착량은 식 (1)에서 구하였다.
- 따라서 본 연구에서는 상용되고 있는 목질계 활성탄을 흡착제로 하여 MB와 CV의 흡착능을 검토하고 선행 타연구자들의 흡착능 결과와 비교하였다. 회분식 흡착 실험결과를 유사 1차 속도식과 유사 2차 속도식을 적용하고, 흡착속도 메커니즘과 내부입자확산계수 및 유효확산계수를 고찰하였다. 또한 흡착등온실험 자료를 Langmuir, Freundlich 및 DubininRadushkevich 흡착 등온식에 적용하여 검토하고, 온도변화에 따른 흡착능 실험을 통해 열역학적 해석을 행하였다.
대상 데이터
- 본 실험에서 흡착제로는 Westvaco 사의 목질계 활성탄을 사용하였다. 활성탄은 먼저 100/140 mesh로 체분리한 다음에 증류수로 여러 번 세척하고 100℃의 건조기에서 24시간 건조하여 사용하였다.
- 1에 나타내었다. 흡착실험에서 MB(Duksan, Korea)와 CV(Duksan, Korea)는 1급 시약을 사용하였으며, 1000 mg/L의 stock solution을 제조하여 실험에 필요한 용액의 농도로 희석시켜 사용하였다.
이론/모형
- 등온 흡착실험 결과를 Langmuir 등온식, Freundlich 등온식, 그리고 Dubinin-Radushkevich(D-R) 등온식에 적용하여 검토하였다.
- 흡착속도를 검토하기 위하여 유사 1차 속도식, 유사 2차 속도식, 그리고 내부입자 확산 모델식을 사용하였다.
성능/효과
- MB와 CV의 열역학적 파라미터 값들을 살펴보면 △H°가 각각 18.1과 28.8 kJ/mol로 양의 값을 가지므로 활성탄에 의한 MB와 CV의 흡착 공정이 흡열반응임을 나타내며, △G°는 각각 -34.7∼-31.5 kJ/mol과 -42.3∼-38.5 kJ/mol로 음의 값을 갖는 것은 흡착공정이 자발적이라는 것을 말해준다.
- 5으로 구해졌다. MB와 CV의 최대 흡착량은 각각 416.7 mg/g 및 462.4 mg/g이었으며, 타 연구에서 사용한 흡착제에 비해 높은 것으로 나타났다. 또한 MB와 CV의 흡착에서 △H°는 각각 18.
- 그리고 Table 3은 MB와 CV의 흡착 연구를 수행한 타 연구자들의 결과를 비교하여 나타낸 것이다. Table 2에서 보듯이 MB와 CV의 흡착공정은 본 연구의 실험범위 내에서는 Langmuir 등온식과 Freundlich 등온식 둘 다에 잘 만족하였으며, Langmuir식으로부터 얻어진 MB와 CV의 최대 흡착량은 각각 416.7 mg/g 및 462.4 mg/g이었다. Table 3에 주어진 타 연구자들의 결과를 보면, Yang과 Qiu(2010)은 호두껍질을 활성화시켜 만든 활성탄을 흡착제로 사용한 경우에 최대 흡착량이 355.
- 또한 MB와 CV의 흡착에서 △H°는 각각 18.1 kJ/mol 및 28.8 kJ/mol이고, △G°는 각각 -34.7∼-31.5 kJ/mol 및 -42.3∼-38.5 kJ/mol의 값을 가져 두 염료가 활성탄에 흡착하는 과정이 흡열반응이고, 자발적으로 일어나는 반응임을 알 수 있었다.
- 본 연구에서 사용한 활성탄의 BET 측정결과는 비 표면적이 1,760 m2/g, 총 세공부피는 1.498 cm3/g, 평균세공직경은 34.28 Å이었다.
- 8 mg/g이었다고 하였다. 본 연구에서 흡착제로 사용한 활성탄의 경우에 MB와 CV의 최대 흡착량은 이들의 결과보다 더 높은 흡착량을 보였다.
- 활성탄에 의한 두 염료의 흡착은 약 3∼5 hr내에서는 매우 빠르게 일어났으며, 20 hr 이후에는 평형에 도달하였고, 흡착 속도는 유사 2차 모델식에 잘 맞는 것으로 나타났다.
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