[논문]스트론튬과 세슘 이온의 혼합 몰비를 달리한 이성분 용액에서 제올라이트 A에 의한 경쟁 흡착: 흡착등온 및 속도해석

이창한; 박정민; 이민규

doi:10.5322/jesi.2015.24.2.151

스트론튬과 세슘 이온의 혼합 몰비를 달리한 이성분 용액에서 제올라이트 A에 의한 경쟁 흡착: 흡착등온 및 속도해석
Competitive Adsorption in Binary Solution with Different Mole Ratio of Sr and Cs by Zeolite A : Adsorption Isotherm and Kinetics 원문보기

Journal of environmental science international = 한국환경과학회지, v.24 no.2, 2015년, pp.151 - 162

이창한 (부산가톨릭대학교 환경행정학과) , 박정민 (부경대학교 화학공학과) , 이민규 (부경대학교 화학공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The adsorption characteristics of Sr ions and Cs ions in single and binary solution by zeolite A were investigated in batch experiment. The adsorption rate of Sr ions and Cs ions by zeolite A obeyed pseudo-second-order kinetic model in single and binary solution. The initial adsorption rates (h) and adsorption capacities of both ions obtained from pseudo-second-order kinetic model, and the values were decreased with increasing concentration of the competitive ions (0~1.5 mM). Also, adsorption isotherm data in binary solution were well fitted to the extended Langmuir model, the maximum adsorption capacities of Sr and Cs calculated from the model were 1.78 mmol/g and 1.64 mmol/g, respectively. The adsorption of Sr and Cs ions by zeolite A was carried out in the presence of other cations such as $Na^+$, $K^+$, $Mg^{2+}$ and $Ca^{2+}$. The results showed that the zeolite A can maintain a relatively high adsorption capacity for Sr and Cs ions and exhibits a high selectivity in the presence of competitive cations. The effect of competition had an order of $Ca^{2+}$ > $K^+$ > $Mg^{2+}$ > $Na^+$ for Sr ions and $K^+$ > $Ca^{2+}$ > $Na^+$ > $Mg^{2+}$ for Cs ions at the same cation concentration.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 제올라이트 A를 이용하여 방사능 물질인 Sr 이온과 Cs 이온이 수중에 단일로 존재할 경우의 흡착량과 Sr 이온과 Cs 이온의 혼합비를 달리한 경우의 흡착량을 비교하여 각각의 물질이 상호간의 미치는 영향에 대해 검토하였다. 실험 결과를 유사 1차 속도식과 유사 2차 속도식, 그리고 내부입자확산 모델과 막확산 모델에 적용하여 속도 해석을 하고, 흡착등온실험 결과를 다성분 Langmuir 등온식에 적용하여 해석하였다.

제안 방법

AA-7000)로 Sr 이온과 Cs 이온의 농도를 분석하였다. Sr 이온과 Cs 이온의 이성분 실험은 Sr 이온과 Cs 이온의 몰비를 0, 0.5, 1.0, 2.0으로 변화시켜 실험을 행하였다.
실험 결과를 유사 1차 속도식과 유사 2차 속도식, 그리고 내부입자확산 모델과 막확산 모델에 적용하여 속도 해석을 하고, 흡착등온실험 결과를 다성분 Langmuir 등온식에 적용하여 해석하였다. 또한 pH 변화에 따른 Sr 이온과 Cs 이온의 흡착특성을 고찰 하였다.

대상 데이터

제올라이트는 Sigma-Aldrich(Cat. No. 688363, -325 mesh)에서 구입하여 사용하였다. 흡착에 사용된 Sr과 Cs은 방사성 Sr⁹⁰와 Cs¹³⁷을 대신하여 비방사성인 Sr⁸⁸와 Cs¹³³을 포함하는 Sr(NO₃)₂ (Samchun, EP)와 CsCl (Samchun, EP) 시약을 사용하였다.
688363, -325 mesh)에서 구입하여 사용하였다. 흡착에 사용된 Sr과 Cs은 방사성 Sr⁹⁰와 Cs¹³⁷을 대신하여 비방사성인 Sr⁸⁸와 Cs¹³³을 포함하는 Sr(NO₃)₂ (Samchun, EP)와 CsCl (Samchun, EP) 시약을 사용하였다. Sr 이온과 Cs 이온 용액은 Sr(NO₃)₂와 CsCl을 초순수(Milli-Q Millipore 18.

이론/모형

따라서 본 연구에서는 제올라이트 A를 이용하여 방사능 물질인 Sr 이온과 Cs 이온이 수중에 단일로 존재할 경우의 흡착량과 Sr 이온과 Cs 이온의 혼합비를 달리한 경우의 흡착량을 비교하여 각각의 물질이 상호간의 미치는 영향에 대해 검토하였다. 실험 결과를 유사 1차 속도식과 유사 2차 속도식, 그리고 내부입자확산 모델과 막확산 모델에 적용하여 속도 해석을 하고, 흡착등온실험 결과를 다성분 Langmuir 등온식에 적용하여 해석하였다. 또한 pH 변화에 따른 Sr 이온과 Cs 이온의 흡착특성을 고찰 하였다.

성능/효과

64 mmol/g으로 구해졌다. 또한 Sr 이온과 Cs 이온의 구한 impact factor 값은 각각 0.67 ~0.93 및 0.52~0.79로 Sr 이온과 Cs 이온이 혼합된 용액에서 Sr 이온과 Cs 이온 모두 흡착에 방해를 받지만 Sr 이온의 경우가 Cs 이온에 비해 상대적으로 영향을 덜받는 것으로 나타났다.
4144×10^-6m/s로 감소하였다. 이성분 용액에서 등온 흡착 실험 결과는 extended Langmuir 등온식에 적합하였으며, 이때 최대 흡착량은 Sr 이온과 Cs 이온 각각 1.78 mmol/g 및 1.64 mmol/g으로 구해졌다. 또한 Sr 이온과 Cs 이온의 구한 impact factor 값은 각각 0.
혼합 몰비를 변화시킨 이성분 용액에서 제올라이트 A에 의한 Sr 이온과 Cs 이온의 흡착은 30 min 및 10 min 내에 빠르게 증가하다가 120 min에 모두 평형에 도달하였으며, 실험결과는 유사 2차 속도식에 부합하였다. 제올라이트 A에 의한 Sr 이온과 Cs 이온의 흡착은 외부물질전달과 내부확산이 복합적으로 일어나는 것을 알 수 있었다. 외부물질전달 속도상수는 경쟁이온의 농도가 0에서 1.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	방사성 핵종이 일으킬 수 있는 문제는?	2011년 3월 일본 후쿠시마의 원전 사고로 인해 Cs 및 Sr과 같은 방사성 핵종이 누출됨에 따라 방사능 오염에 대한 관심이 높아지고 있다. 방사성 핵종은 발암물질로 이들에 과다 노출하게 되면 유전적 변이를 일으킬 수 있을 뿐만 아니라 반감기가 길어 생태계 내로 유입되면 심각한 생태계 교란과 건강상의 문제를 일으킬 수 있다.
	방사성 핵종으로 오염된 폐액을 처리하기 위한 공법은 어떤 게 있는가?	방사성 핵종으로 오염된 폐액을 처리하기 위한 공법으로는 침전법(Sahai 등, 2000), 용매추출법(Kocherginsky 등, 2002) 및 흡착법(Shawabkeh 등, 2002) 등이 사용되고 있다. 침전법은 응집제를 가하여 금속 이온을 침전시키는 방법으로 응집제와 생성물의 회수 및 응집제의 반복사용이 곤란할 뿐만 아니라 pH 조절을 위한 시약 투입과 같은 전처리 문제가 있어 침전되는데 많은 시간이 소요되며, 금속의 농도가 비교적 높은 용액에서 적용이 가능한 방법이다.
	방사성 핵종으로 오염된 폐액을 처리하기 위한 공법들의 특징은?	방사성 핵종으로 오염된 폐액을 처리하기 위한 공법으로는 침전법(Sahai 등, 2000), 용매추출법(Kocherginsky 등, 2002) 및 흡착법(Shawabkeh 등, 2002) 등이 사용되고 있다. 침전법은 응집제를 가하여 금속 이온을 침전시키는 방법으로 응집제와 생성물의 회수 및 응집제의 반복사용이 곤란할 뿐만 아니라 pH 조절을 위한 시약 투입과 같은 전처리 문제가 있어 침전되는데 많은 시간이 소요되며, 금속의 농도가 비교적 높은 용액에서 적용이 가능한 방법이다. 용매추출법은 금속이온이 있는 수용액을 추출제와 접촉시켜 금속 이온을 선택적으로 추출하는 방법으로 다른 방법에 비해 회수율이 높기 때문에 유용 금속의 정제 공정이나 금속의 농도가 높은 용액에 대하여 많이 사용되고 있으나, 사용되는 추출제가 고가이고, 유기용매의 일부가 유출되는 문제를 가지고 있다. 이에 반해 흡착법은 전처리가 필요없을 뿐만 아니라 추가적인 슬러지 발생량이 적고, 공정이 간단하다는 장점을 가지고 있어 주목을 받고 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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