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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 비표면적이 유사한 두가지 활성탄과 비표면적이 상대적으로 큰 한가지 활성탄을 사용하여 비표면적 및 기공직경과 같은 활성탄의 물리적 특성과 활성탄 표면에 존재하는 작용기의 형태와 존재 하는 양과 같은 표면 특성에 따른 MB의 흡착능을 비교하고자 하였다.
제안 방법
- BET 비표면 측정장치(Micromeritics, ASAP 2010)를 사용하여 활성탄의 비표면적과 평균세공직경을 측정하였다. X-ray photoelectron spectroscopy(XPS, Thermo VG Scientific, MultiLab 2000)를 이용하여 활성탄 표면의 작용기들을 분석하였으며, scanning electron microscopy (SEM, Hitachi S-2700)을 이용하여 활성탄의 표면을 관찰하였다.
- BET 비표면 측정장치(Micromeritics, ASAP 2010)를 사용하여 활성탄의 비표면적과 평균세공직경을 측정하였다. X-ray photoelectron spectroscopy(XPS, Thermo VG Scientific, MultiLab 2000)를 이용하여 활성탄 표면의 작용기들을 분석하였으며, scanning electron microscopy (SEM, Hitachi S-2700)을 이용하여 활성탄의 표면을 관찰하였다.
- 수중의 MB를 제거하기 위하여 비표면적이 유사한 활성탄 ACA(1,185 m²/g), ACB(1,105 m²/g)와 비표면적이 상대적으로 높은 활성탄 ACC(1,760 m²/g)를 사용하여 회분식 흡착실험을 실시하였다.
- 05 g의 활성탄을 넣은 후 수평 진탕기(Johnsam, JS-FS-2500)를 사용하여 250 rpm으로 교반하면서 일정 시간간격으로 시료를 채취하였다. 채취한 시료는 원심분리기(Hanil, HA-12)를 이용하여 3,600 rpm에서 원심분리한 후 상등액을 채취하였으며, MB의 농도는 UV-vis 분광광도계(Shimadzu, Mini-1240)를 사용하여 최대 흡수 파장인 664 nm에서 분석하였다.
- 활성탄에 의한 MB의 흡착실험은 회분식으로 수행하였다. 250 mL 삼각 플라스크에 일정농도의 MB 용액 100 mL와 0.
대상 데이터
- 본 실험에서 흡착제로는 Calgon 사에서 구입한 활성탄 470(ACA), Westvaco 사에서 구입한 활성탄 BX(ACB)와 WVA(ACC)를 사용하였다. 실험에 사용한 활성탄들은 100/140 mesh로 체분리한 다음에 증류수로 수차례 세척하고 100℃의 건조기에서 24시간 건조한 뒤에 데시게이터에 보관하여 사용하였다.
- 실험에 사용한 활성탄들은 100/140 mesh로 체분리한 다음에 증류수로 수차례 세척하고 100℃의 건조기에서 24시간 건조한 뒤에 데시게이터에 보관하여 사용하였다. 흡착질로는 MB(Duksan, EP)를 사용하였으며, 1,000 mg/L stock solution을 제조하여 실험에 사용하였다.
성능/효과
- 0 mg/g으로 나타났다. ACB 보다 비표면적이 큰 ACC의 경우 ACB 보다 MB 흡착량이 높게 나타났으나, 비표면적이 비슷한 ACC의 경우에도 MB 흡착량이 ACB 보다 높게 나타났다. 한편, 활성탄 표면의 phenol기와 carboxyl의 함량은 ACA>ACC>ACB 순으로 나타났으며, phenol기와 carboxyl의 함량이 증가함에 따라 활성탄들의 흡착능도 증가하였다.
- 수중의 MB를 제거하기 위하여 비표면적이 유사한 활성탄 ACA(1,185 m²/g), ACB(1,105 m²/g)와 비표면적이 상대적으로 높은 활성탄 ACC(1,760 m²/g)를 사용하여 회분식 흡착실험을 실시하였다. XPS 분석 결과 ACA의 경우에 ACB나 ACC에 비해 phenol기와 carboxyl과 같은 기능기들이 많이 존재하는 것을 확인하였다. 흡착 평형 실험 데이터는 Langmuir 흡착 등온식에 잘 부합하였으며, 각 활성탄의 MB 흡착량은 ACA 454.
- Table 2는 XPS 분석 결과로부터 얻어진 각 활성탄들의 원소 조성을 나타낸 것이다. 각 활성탄들의 표면에 존재하는 C 원소의 조성비는 약 70%로 대부분을 차지하고 있으며, ACA, ACB 그리고 ACC 표면의 O 원소는 각각 23.08%, 20.39% 및 23.66%였으며, N 원소는 각각 6.25%, 8.76% 그리고 8.25%로 분석되었다. 그림에서 C1s 피크는 표면에 생성된 기능기를 규명하는데 대단히 중요하다.
- 그러나 ACA와 ACB의 경우에 비표면적이 각각 1,185 m²/g 및 1,105 m²/g으로 유사하지만 MB 흡착량은 각각 454.7 mg/g, 337.7 mg/g으로 ACA의 경우에 더 높은 흡착량을 보였다.
- 5는 ACA, ACB 그리고 ACC에 포함된 phenol기와 carboxyl기의 총량에 따른 MB 흡착량을 비교하여 나타낸 것이다. 그림에서 보는바와 같이 활성탄에 포함된 phenol기와 carboxyl기의 양이 증가함에 따라 MB의 흡착량이 증가하는 것을 볼 수 있으며, phenol기와 carboxyl기의 양이 가장 높은 ACA의 경우에 MB 의 흡착량이 454.7 mg/g으로 가장 높게 나타났다. 이로부터 ACA의 경우에 비표면적이 1,185 m²/g로 ACC에 비해 상대적으로 작더라도 phenol기와 carboxyl기의 함량이 높아 ACC나 ACB에 비해 MB의 흡착량이 높은 것을 알 수 있었다.
- Table 1에서 보듯이 활성탄 ACA와 ACB는 비표면적이 각각 1,185 m²/g과 1,105 m²/g로 유사하며, ACC는 비표면적이 1,760 m²/g로 ACA나 ACB에 비해 상대적으로 비표면적이 큰 것을 알 수 있다. 또한 ACA, ACB 및 ACC의 평균세공 직경은 각각 2.54, 3.31, 및 3.43 nm로 ACB와 ACC는 서로 유사하나 ACA는 상대적으로 작았다.
- 7 mg/g으로 ACA의 경우에 더 높은 흡착량을 보였다. 또한, ACA와 ACC의 흡착량을 비교해 보면 ACC는 ACA에 비해 비표면적이 약 1.5배 정도 높아 ACC의 흡착량이 ACA보다 높을 것으로 기대되었으나, 비표면적이 적은 ACA의 경우에 흡착량이 더 높게 나타났다. 이 결과로 미루어 보아 MB의 흡착능에 미치는 요인은 비표면적 외에도 활성탄 표면의 작용기 등과 같은 다른 요인의 영향을 크게 받을 것으로 사료되었다.
- 5배 정도 높아 ACC의 흡착량이 ACA보다 높을 것으로 기대되었으나, 비표면적이 적은 ACA의 경우에 흡착량이 더 높게 나타났다. 이 결과로 미루어 보아 MB의 흡착능에 미치는 요인은 비표면적 외에도 활성탄 표면의 작용기 등과 같은 다른 요인의 영향을 크게 받을 것으로 사료되었다.
- 이로부터 ACA의 경우에 비표면적이 1,185 m²/g로 ACC에 비해 상대적으로 작더라도 phenol기와 carboxyl기의 함량이 높아 ACC나 ACB에 비해 MB의 흡착량이 높은 것을 알 수 있었다.
- 일반적으로 활성탄의 흡착량은 비표면적에 크게 의존하므로 비표면적의 크기에 따라 이들 활성탄의 흡착량을 비교해보면, Table 1에서 ACB와 ACC의 비표면적은 각각 1,105 m²/g 및 1,760 m²/g으로비표면적이 큰 ACC의 흡착량이 414.0 mg/g으로 ACB보다 흡착량이 높은 것으로 나타났다.
- 한편, 활성탄 표면의 phenol기와 carboxyl의 함량은 ACA>ACC>ACB 순으로 나타났으며, phenol기와 carboxyl의 함량이 증가함에 따라 활성탄들의 흡착능도 증가하였다.
- XPS 분석 결과 ACA의 경우에 ACB나 ACC에 비해 phenol기와 carboxyl과 같은 기능기들이 많이 존재하는 것을 확인하였다. 흡착 평형 실험 데이터는 Langmuir 흡착 등온식에 잘 부합하였으며, 각 활성탄의 MB 흡착량은 ACA 454.7 mg/g, ACB 337.7 mg/g 그리고 ACC 414.0 mg/g으로 나타났다. ACB 보다 비표면적이 큰 ACC의 경우 ACB 보다 MB 흡착량이 높게 나타났으나, 비표면적이 비슷한 ACC의 경우에도 MB 흡착량이 ACB 보다 높게 나타났다.
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