[논문]Al(OH)3를 PVC로 고정화한 PVC-Al(OH)3 비드의 제조와 수중의 불소 이온의 흡착 특성

유해나; 감상규; 이민규

doi:10.5322/jesi.2014.5.887

Al(OH)3를 PVC로 고정화한 PVC-Al(OH)3 비드의 제조와 수중의 불소 이온의 흡착 특성
Preparation of PVC-Al(OH)3 Beads Immobilized Al(OH)3 with PVC and their Adsorption Characteristics for Fluoride Ions from Aqueous Solution 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.23 no.5, 2014년, pp.887 - 893

유해나 (부경대학교 화학공학과) , 감상규 (제주대학교 환경공학과) , 이민규 (부경대학교 화학공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In order to remove fluoride ions from aqueous solution, PVC-$Al(OH)_3$ beads were prepared by immobilizing $Al(OH)_3$ with polyvinyl chloride (PVC). The prepared PVC-$Al(OH)_3$ bead was characterized by using SEM, EDS and Zeta potential. Dependences of pH, contact time and initial fluoride concentration on the adsorption of fluoride ions were studied. The optimal pH was in the range of 4~10. The adsorption was rapid during the initial 12 hr, and equilibrium was attained within 72 hr. The adsorption rate of fluoride ions by PVC-$Al(OH)_3$ beads obeyed the pseudo-second-order kinetic model. The maximum adsorption capacity obtained from Langmuir isotherm model was found to be 62.68 mg/g.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

Al(OH)₃ 분말과 PVC-Al(OH)₃ 비드에 의한 불소 이온의 흡착 속도론적 해석을 위하여 유사 1차 속도식과 유사 2차 속도식에 적용하여 그 적합성을 비교하였다. 유사 1차 속도식은 다음과 같이 정의된다(Lee 등, 2012).
불소 이온 흡착 실험은 회분식으로 수행하였다. Al(OH)₃ 분말을 이용한 흡착실험은 1,000 ml 삼각플라스크에 일정 농도의 불소 이온 용액 300 ml를 채우고 여기에 흡착제를 0.3 g을 투입하여 행하였다. PVC-Al(OH)₃ 비드에 의한 흡착실험은 1,000 ml 삼각플라스크에 일정 농도의 불소 이온 용액 300 ml와 PVC-Al(OH)₃ 비드 1.
Al(OH)3를 PVC로 고정화한 흡착제인 PVC-Al(OH)3 비드를 합성하여 수중의 불소 이온 제거실험을 하였다.
수평진탕기(Johnsam, Js-Fs-2500)를 사용하여 48 hr 동안 교반하면서 일정 시간 간격으로 시료를 채취하여 원심분리기(Eppendorf, centrifuge 5415c)로 10,000 rpm에서 5 min간 원심 분리한 후 상등액을 취하여 분석에 사용하였다. pH변화에 따른 영향을 알아보기 위해 0.1N HCl과 NaOH 용액(Junsei, EP)으로 pH룰 조절하였으며, 용액의 pH는 pH meter (Orion, model 420A)를 사용하여 측정하였다.
따라서 본 연구에서는 PVC를 사용하여 Al(OH)₃를 고정화한 PVC-Al(OH)₃ 비드를 합성하였으며, 합성한 PVC-Al(OH)₃ 비드의 특성을 SEM과 EDS를 이용하여 분석하였다. 또한 합성한 PVC-Al(OH)₃ 비드와 Al(OH)₃를 사용하여 불소 제거 특성을 비교하였으며, 흡착속도, 흡착평형, pH의 영향 등을 고찰하였다.
비드의 특성을 SEM과 EDS를 이용하여 분석하였다. 또한 합성한 PVC-Al(OH)₃ 비드와 Al(OH)₃를 사용하여 불소 제거 특성을 비교하였으며, 흡착속도, 흡착평형, pH의 영향 등을 고찰하였다.
불소 이온 흡착 실험은 회분식으로 수행하였다. Al(OH)₃ 분말을 이용한 흡착실험은 1,000 ml 삼각플라스크에 일정 농도의 불소 이온 용액 300 ml를 채우고 여기에 흡착제를 0.
합성한 PVCAl(OH)₃ 비드의 표면은 Scanning Electron Microscopy (SEM, Philips, XL20)을 이용하여 관찰하고, Energy Dispersive X-Ray Spectrometer (EDS, HORIBA, S-2700)로 PVC-Al(OH)₃ 비드의 불소 이온 흡착 전과 후의 원소를 분석하였다. 불소 이온의 농도는 Ion Chromatography (Dionex, DX-120)를 사용하여 분석하였다.
5 g을 넣고서 행하였다. 수평진탕기(Johnsam, Js-Fs-2500)를 사용하여 48 hr 동안 교반하면서 일정 시간 간격으로 시료를 채취하여 원심분리기(Eppendorf, centrifuge 5415c)로 10,000 rpm에서 5 min간 원심 분리한 후 상등액을 취하여 분석에 사용하였다. pH변화에 따른 영향을 알아보기 위해 0.
합성한 Al(OH)₃ 분말의 표면전하는 Zeta Potential (Brookhaven, Zeta plus)로 측정하였다. 합성한 PVCAl(OH)₃ 비드의 표면은 Scanning Electron Microscopy (SEM, Philips, XL20)을 이용하여 관찰하고, Energy Dispersive X-Ray Spectrometer (EDS, HORIBA, S-2700)로 PVC-Al(OH)₃ 비드의 불소 이온 흡착 전과 후의 원소를 분석하였다.
분말의 표면전하는 Zeta Potential (Brookhaven, Zeta plus)로 측정하였다. 합성한 PVCAl(OH)₃ 비드의 표면은 Scanning Electron Microscopy (SEM, Philips, XL20)을 이용하여 관찰하고, Energy Dispersive X-Ray Spectrometer (EDS, HORIBA, S-2700)로 PVC-Al(OH)₃ 비드의 불소 이온 흡착 전과 후의 원소를 분석하였다. 불소 이온의 농도는 Ion Chromatography (Dionex, DX-120)를 사용하여 분석하였다.

대상 데이터

0 g을 추가로 넣고 균일한 슬러리가 되도록 충분히 혼합하였다. Al(OH)₃와 PVC가 혼합된 슬러리를 실린지를 이용하여 증류수에 떨어뜨려 PVC-Al(OH)₃ 비드를 합성하였으며, 이를 증류수로 수차례 세척한 후 실험에 사용하였다.
Al(OH)3의 합성에 사용된 시약으로는Al2(SO4)3·16H2O (Samchun, EP)와 NaOH (Samchun, EP)를 사용하였다.
PVC는 국내 H사의 KCM-12를 사용하였으며, 용매는 1-methyl-2-pyrrolidone (NMP, Samchun, EP)를 사용하였다. Al(OH)₃의 합성에 사용된 시약으로는Al₂(SO₄)₃·16H₂O (Samchun, EP)와 NaOH (Samchun, EP)를 사용하였다.
불소 이온용액은 NaF (Junsei, EP)를 초순수(Milli-Q Millipore 18.2 Mcm−1 conductivity)에 녹여 1,000 mg/L의 stock solution을 제조하여 사용하였다.
6M Al₂(SO₄)₃ 용액500 ml에 pH가 5가 될 때까지 3M NaOH 용액을 천천히 떨어뜨려 Al(OH)₃를 합성하였다. 합성한 Al(OH)₃를 증류수로 수차례 세척한 후 85℃ 건조기(Kukje Scientific Instrument, SPC 135)에서 12 hr 동안 건조한 다음에 이를 분쇄하여 170 mesh 이상인 것을 실험에 사용하였다.

이론/모형

Al(OH)₃ 분말은 Ganvir와 Das(2011)의 연구와 같은 방법으로 합성하였다. 0.

성능/효과

비드를 합성하여 수중의 불소 이온 제거실험을 하였다. XRD와 TGA 분석을 통해 PVC-Al(OH)₃ 비드내에 Al(OH)₃가 잘 고정화되었음을 확인하였으며, 합성한 PVC-Al(OH)₃ 비드의 입자 크기는 약 2 mm였다. 합성한 PVC-Al(OH)₃ 비드에 의한 불소 이온 흡착속도는 유사 2차 속도식에 잘 만족하였다.
73 mg/g이었으며, Ganvir과 Das(2011)이 활성탄에 aluminum hydroxide를 함침시켜 만든 흡착제의 흡착량은 15 mg/g이었다. 그러나 본 연구에서 합성한 PVC-Al(OH)₃ 비드에 의한 불소 이온의 흡착량은 62.68 mg/g으로 다른 연구들에 비해서 우수한 흡착능을 보였다.
합성한 PVC-Al(OH)₃ 비드에 의한 불소 이온 흡착속도는 유사 2차 속도식에 잘 만족하였다. 등온 흡착 실험결과는 Langmuir 등온식에 잘 부합하였으며, Langmuir 등온식으로부터 구한 최대 흡착량은 62.68 mg/g이었다. 또한 용액의 pH가 4∼10 범위에서 불소 이온의 흡착이 용이하게 이루어졌으며, 합성한 PVC-Al(OH)₃ 비드는 우수한 불소 이온의 흡착제로 사료되었다.
2(c)는 불소 이온을 흡착시킨 PVC-Al(OH)₃비드의 EDS분석결과를 나타낸 것으로 흡착 후에 F 원소가 존재하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 합성한 PVC-Al(OH)₃ 비드에 의해 불소 이온이 효과적으로 흡착할 수 있음을 알 수 있었다.
또한 용액의 pH가 4∼10 범위에서 불소 이온의 흡착이 용이하게 이루어졌으며, 합성한 PVC-Al(OH)3 비드는 우수한 불소 이온의 흡착제로 사료되었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	불소는 무엇 때문에 유해이온으로 분류되어 관리되고 있는가?	불소는 금속의 도금, 납땜, 유리, 인산염 비료, 반도체 및 기타 전자산업의 폐수로부터 유출되고 있으며 치아와 뼈에 불소 침착증을 유발하기 때문에 건강에 유해이온으로 분류되어 관리되고 있다(Eskandarpour 등, 2008). 따라서 세계보건기구(WHO)에서는 음용수 중의 불소 허용 기준을 1.
	불소를 제거하는 방법들 중 흡착공정이 다양한 흡착제를 이용한 연구들이 진행된 이유는 무엇인가?	불소를 제거하는 방법들 중에서 흡착공정은 운영 비용과 설비비용이 낮으며, 간단하게 적용할 수 있기 때문에 다양한 흡착제를 이용한 연구들이 이루어지고 있다(Kumar 등, 2009). Meenakshi와 Viswanathan(2007)은 흡착제로 이온교환수지를 사용한 경우에 불소 제거량은 9.
	흡착공정에서 사용되는 화합물 흡착제의 단점은 무엇인가?	7 mg/g(Shimelis 등, 2006)으로 매우 높은 흡착능을 가지는 것으로 보고되고 있다. 그러나 이들 화합물들은 미세한 분말 형태이기 때문에 공정 운영시 유출될 수 있으며, 고정층에서 높은 압력강하를 일으킬 수 있는 단점을 가지고 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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