Red mud의 염산처리와 열처리에 의한 불소의 제거 특성을 살펴보고자 동역학적 흡착, 평형흡착, pH, 흡착제의 주입량에 따른 흡착특성, 그리고 칼럼을 이용한 연속식 조건에서의 불소흡착 특성을 살펴보았다. Red mud의 산처리는 HCl 0.8 M 농도에서 효과적이었고, 열처리 온도가 높음에 따라 흡착량이 감소하였다. 0.8 M로 산처리한 Red mud (0.8 M-ATRM)의 동역학적실험 결과 초기농도 50 mg-F/L는 30분대에 평형농도에 도달하였고, 초기농도 500 mg-F/L에서는 1시간대 흡착평형을 나타내었다. 0.8 M-ATRM은 단층흡착을 가정한 Langmuir 모델에 잘 부합하였고, 최대흡착량($Q_m$)은 23.162 mg/g으로 나타났다. 또한 낮은 pH에서 높은 불소 흡착경향을 나타내었다. 이는 높은 pH에서 불소와 $OH^-$가 경쟁관계를 형성하기 때문으로 판단된다. 0.8 M-ATRM의 주입량이 증가 할수록 제거율은 높아졌지만, 단위질량당 흡착량은 감소하였다. 본 연구에서 사용된 0.8 M-ATRM은 가격이 저렴할 뿐만 아니라 불소에 높은 흡착능을 나타내어 수중 불소 제거에 효과적인 흡착소재로 판단된다.
Red mud의 염산처리와 열처리에 의한 불소의 제거 특성을 살펴보고자 동역학적 흡착, 평형흡착, pH, 흡착제의 주입량에 따른 흡착특성, 그리고 칼럼을 이용한 연속식 조건에서의 불소흡착 특성을 살펴보았다. Red mud의 산처리는 HCl 0.8 M 농도에서 효과적이었고, 열처리 온도가 높음에 따라 흡착량이 감소하였다. 0.8 M로 산처리한 Red mud (0.8 M-ATRM)의 동역학적실험 결과 초기농도 50 mg-F/L는 30분대에 평형농도에 도달하였고, 초기농도 500 mg-F/L에서는 1시간대 흡착평형을 나타내었다. 0.8 M-ATRM은 단층흡착을 가정한 Langmuir 모델에 잘 부합하였고, 최대흡착량($Q_m$)은 23.162 mg/g으로 나타났다. 또한 낮은 pH에서 높은 불소 흡착경향을 나타내었다. 이는 높은 pH에서 불소와 $OH^-$가 경쟁관계를 형성하기 때문으로 판단된다. 0.8 M-ATRM의 주입량이 증가 할수록 제거율은 높아졌지만, 단위질량당 흡착량은 감소하였다. 본 연구에서 사용된 0.8 M-ATRM은 가격이 저렴할 뿐만 아니라 불소에 높은 흡착능을 나타내어 수중 불소 제거에 효과적인 흡착소재로 판단된다.
Fluoride removal by acid and heat treated red mud were studied in batch and column system regarding contact time, initial concentration, pH, adsorbent dose, and filter depth. The results showed that acid treated with 0.8 M HCl, had highest adsorption capacity of fluoride and adsorption capacity decr...
Fluoride removal by acid and heat treated red mud were studied in batch and column system regarding contact time, initial concentration, pH, adsorbent dose, and filter depth. The results showed that acid treated with 0.8 M HCl, had highest adsorption capacity of fluoride and adsorption capacity decreased as heat treatment temperature increased. Sorption equilibrium reached in 30 min at a initial concentration of 50 mg-F/L but 1 h was required to reach the sorption equilibrium at the initial concentration of 500 mg-F/L by 0.8 M acid treated red mud (0.8 M-ATRM). Equilibrium adsorption data were fitted well to Langmuir isotherm model with maximum fluoride adsorption capacity of 23.162 mg/g. The fluoride adsorption decreased as pH increased due to the fluoride competition for favorable adsorption site with $OH^-$ at higher pH. Removal percentage was increased but the amount of adsorption per unit mass decreased by adding the amount of 0.8 M-ATRM. It was concluded that the 0.8 M-ATRM could be used as a potential adsorbent for the fluoride removal from aqueous solutions because of its high fluoride adsorption capacity and low cost.
Fluoride removal by acid and heat treated red mud were studied in batch and column system regarding contact time, initial concentration, pH, adsorbent dose, and filter depth. The results showed that acid treated with 0.8 M HCl, had highest adsorption capacity of fluoride and adsorption capacity decreased as heat treatment temperature increased. Sorption equilibrium reached in 30 min at a initial concentration of 50 mg-F/L but 1 h was required to reach the sorption equilibrium at the initial concentration of 500 mg-F/L by 0.8 M acid treated red mud (0.8 M-ATRM). Equilibrium adsorption data were fitted well to Langmuir isotherm model with maximum fluoride adsorption capacity of 23.162 mg/g. The fluoride adsorption decreased as pH increased due to the fluoride competition for favorable adsorption site with $OH^-$ at higher pH. Removal percentage was increased but the amount of adsorption per unit mass decreased by adding the amount of 0.8 M-ATRM. It was concluded that the 0.8 M-ATRM could be used as a potential adsorbent for the fluoride removal from aqueous solutions because of its high fluoride adsorption capacity and low cost.
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문제 정의
본 연구에서는 산업부산물인 red mud를 다양한 농도의 HCl로 처리하여 불소 제거에 효과적인 산처리 조건을 탐색하고 열처리가 red mud의 불소 제거 특성에 미치는 영향을 살펴보았다. 환경 변수에 따른 산처리한 red mud의 불소 흡착특성을 파악하기 위하여, 반응 시간, 초기 농도, pH, 흡착제 주입량을 달리하며 회분 실험을 수행하였다.
본 연구에서는 알루미늄 생산시 발생하는 산업부산물인 red mud의 산처리 및 열처리 조건에 따른 불소의 흡착 효율을 비교하고, 흡착 특성을 확인하였다. 이를 위하여 동역학적 흡착특성, 평형 흡착특성, 용액의 pH 및 흡착제 주입량에 따른 흡착특성, 마지막으로 연속식 조건에서의 불소 흡착 특성을 살펴보았다.
제안 방법
0.8 M-ATRM의 불소 흡착특성을 연속식 조건에서의 알아보기 위해 0.8 M-ATRM의 충진 두께를 각 1, 3, 5 cm로 달리하며 실험을 수행하였다. 불소의 초기농도는 10 mg-F/L, 유량은 0.
0.8 M-ATRM의 열처리를 위하여 고온전기로(UP-350, 16 kW Max: 1100℃, H&C, Korea)에서 온도를 100, 300, 500, 700℃ 로 각각 달리하여 약 3시간 동안 열처리를 수행하였다.
1). 0.8 M-ATRM의 충진 두께에 따른 불소의 흡착영향을 알아보기 위하여 충진 두께를 0 cm (0 g), 1 cm (22 g), 3 cm (66 g), 5 cm (110 g)로 각각 달리하여 실험을 수행하였다. 칼럼을 통과한 시료는 자동분취기(Retriever 500, Teledyne, CA, USA)를 이용하여 채취하였고, 채취된 시료는 ion chromatography (DX-120, Dionex, USA)를 이용하여 잔류농도를 측정하였다.
Red mud의 산처리 조건에 따른 흡착특성을 파악하기 위하여 열처리 하지 않은 red mud (NTRM)와 0.2 M-ATRM, 0.4 M-ATRM, 0.6 M-ATRM, 0.8 M-ATRM, 1.0 M-ATRM을 100 mg-F/L의 불소용액과 24시간 반응 후 제거율을 Fig. 2와 같이 나타내었다. 각각의 효율은 NTRM이 0.
Red mud의 산처리를 위하여 각각 0.2 M (0.2 M-ATRM), 0.4 M (0.4 M-ATRM), 0.6 M (0.6 M-ATRM), 0.8 M (0.8 M-ATRM), 1.0 M (1.0 M-ATRM)로 조절한 염산(HCl, Daejung, Korea) 1 L에 Red mud 100 g을 넣고 10:1 (solution/adsorbent, v/w)비율로 혼합하고, 염산과 Red mud의 충분한 반응을 유도하기 위하여 24시간 교반하였다. 이후 증류수로 세척 및 건조하였고, 입경분포를 63~125 µm로 구분하였다.
불소용액은 불화나트륨(NaF, Sigma Aldrich, USA)을 초순수 증류수에 용해하여 각 실험 농도에 맞게 사용하였다. Red mud의 산처리에 따른 흡착능을 비교하기 위하여 100 mg-F/L의 불소용액(pH 7) 30 mL를 50 mL 코니컬튜브에 넣고 처리하지 않은 Red mud (NTRM), 0.2 M-ATRM, 0.4 M-ATRM, 0.6 M-ATRM, 0.8 M-ATRM, 1.0 M-ATRM을 1 g 주입한 후 항온교반기(Shaking Incubator, SJ-808SF, Sejong Scientific Co, Korea)에 25℃, 100 rpm의 조건으로 24시간 교반하였다. 교반 후 용액은 0.
실험을 위하여 red mud의 입자크기를 63~125 µm로 구분하였고, 증류수로 3회 세척 후 105℃에서 24시간 건조하여 준비하였다. Red mud의 화학적 구성 성분을 알아보기 위하여 X-ray fluorescence (XRF, S8 Tiger 4K, Bruker, Germany)분석을 수행하였다.
Red mud의 화학적 조성을 파악하기 위하여 XRF 분석을 수행하였고 그 결과를 Table 1에 나타내었다. 본 실험에 사용된 Red mud는 불소에 높은 친화력을 갖고 있는 Al2O3 함량이 19.
평형흡착실험은 50, 100, 300, 500, 1000, 2000, 3000, 4000 mg-F/L의 농도로 동역학적 흡착실험과 동일한 방법으로 24시간 반응 후 분석하였다. pH에 따른 흡착특성을 살펴보고자 300 mg-F/L의 용액을 0.1 M HCl과 0.1 M NaOH로 pH를 3, 5, 7, 9, 11로 조절하고 평형 흡착실험과 동일하게 24시간 반응 후 잔류농도를 분석하였다. 흡착제 주입량에 따른 흡착특성은 0.
교반 후 용액은 0.45 µm 실린지필터(Whatman, 0.45 µm pp filter, USA)로 여과하고 수용액 중 불소의 잔류 농도를 분석하였다.
산처리와 열처리 조건에 따라 제조된 red mud의 불소 흡착 특성을 살펴보고자 동역학적 흡착, 평형 흡착, 용액의 pH에 따른 흡착, 흡착제의 주입량에 따른 흡착 실험을 수행하였다. 동역학적 흡착실험은 0.8 M-ATRM 1 g에 pH를 7로 조절한 저농도 (50 mg-F/L)와 고농도(500 mg-F/L)의 불소용액 30 mL를 코니컬튜브(50 mL)에 넣고 항온교반기(shaking incubator, SJ808SF, Sejong scientific Co, Korea)를 이용하여 25℃, 100 rpm의 조건으로 10 min, 20 min, 30 min, 1 h, 2 h, 3 h, 6 h, 12 h, 24 h 교반 후 불소의 잔류 농도를 분석하였다. 평형흡착실험은 50, 100, 300, 500, 1000, 2000, 3000, 4000 mg-F/L의 농도로 동역학적 흡착실험과 동일한 방법으로 24시간 반응 후 분석하였다.
환경 변수에 따른 산처리한 red mud의 불소 흡착특성을 파악하기 위하여, 반응 시간, 초기 농도, pH, 흡착제 주입량을 달리하며 회분 실험을 수행하였다. 마지막으로 칼럼을 이용하여 연속 흐름 조건에서 산처리한 red mud의 불소 제거 특성을 살펴보았다.
모든 실험은 3회 반복하여 수행하였고, 반응시료는 0.45 µm 실린지필터(Whatman 0.45 µm PP filter, USA)로 여과 후, ion chromatography (DX120, Dionex, USA)를 이용하여 측정하였다.
8 M-ATRM 1 g을 주입한 후 산처리에 따른 흡착능 비교 실험과 동일한 조건으로 분석하였다. 산처리와 열처리 조건에 따라 제조된 red mud의 불소 흡착 특성을 살펴보고자 동역학적 흡착, 평형 흡착, 용액의 pH에 따른 흡착, 흡착제의 주입량에 따른 흡착 실험을 수행하였다. 동역학적 흡착실험은 0.
45 µm pp filter, USA)로 여과하고 수용액 중 불소의 잔류 농도를 분석하였다. 열처리조건에 따른 불소의 흡착효율을 비교하기 위하여 300 mg-F/L의 불소용액(pH 7) 30 mL를 50 mL 코니컬튜브에 넣고 100, 300, 500, 700℃에서 열처리한 0.8 M-ATRM 1 g을 주입한 후 산처리에 따른 흡착능 비교 실험과 동일한 조건으로 분석하였다. 산처리와 열처리 조건에 따라 제조된 red mud의 불소 흡착 특성을 살펴보고자 동역학적 흡착, 평형 흡착, 용액의 pH에 따른 흡착, 흡착제의 주입량에 따른 흡착 실험을 수행하였다.
본 연구에서는 알루미늄 생산시 발생하는 산업부산물인 red mud의 산처리 및 열처리 조건에 따른 불소의 흡착 효율을 비교하고, 흡착 특성을 확인하였다. 이를 위하여 동역학적 흡착특성, 평형 흡착특성, 용액의 pH 및 흡착제 주입량에 따른 흡착특성, 마지막으로 연속식 조건에서의 불소 흡착 특성을 살펴보았다. Red mud는 0.
칼럼 실험을 수행하기 전 여과사에 존재하는 부유물질 등 불소 제거에 영향을 미치는 오염물질을 제거하기 위하여 초 순수 증류수를 칼럼 하부에서부터 상향식으로 약 8시간 동안 주입하여 세척한 후 본 실험을 수행하였다. 주입된 불소용액은 초 순수 증류수에 NaF를 10 mg-F/L의 농도(pH 7)로 제조한 것을 사용하였고, 칼럼 하부에서 상향으로 유입수를 주입하기 위하여 액체정량펌프(Stepdos, KNF Flodos, Switzerland)로 유입속도를 0.5 mL/min으로 고정하여 24시간 동안 수행하였다(Fig. 1). 0.
본 연구에서 사용된 칼럼은 아크릴 재질로 내경 50 mm, 높이 300 mm이다. 칼럼 실험은 여과사와 흡착소재로써 0.8 M-ATRM이 충진된 칼럼에서 수행하였다. 칼럼 실험을 수행하기 전 여과사에 존재하는 부유물질 등 불소 제거에 영향을 미치는 오염물질을 제거하기 위하여 초 순수 증류수를 칼럼 하부에서부터 상향식으로 약 8시간 동안 주입하여 세척한 후 본 실험을 수행하였다.
8 M-ATRM이 충진된 칼럼에서 수행하였다. 칼럼 실험을 수행하기 전 여과사에 존재하는 부유물질 등 불소 제거에 영향을 미치는 오염물질을 제거하기 위하여 초 순수 증류수를 칼럼 하부에서부터 상향식으로 약 8시간 동안 주입하여 세척한 후 본 실험을 수행하였다. 주입된 불소용액은 초 순수 증류수에 NaF를 10 mg-F/L의 농도(pH 7)로 제조한 것을 사용하였고, 칼럼 하부에서 상향으로 유입수를 주입하기 위하여 액체정량펌프(Stepdos, KNF Flodos, Switzerland)로 유입속도를 0.
8 M-ATRM의 충진 두께에 따른 불소의 흡착영향을 알아보기 위하여 충진 두께를 0 cm (0 g), 1 cm (22 g), 3 cm (66 g), 5 cm (110 g)로 각각 달리하여 실험을 수행하였다. 칼럼을 통과한 시료는 자동분취기(Retriever 500, Teledyne, CA, USA)를 이용하여 채취하였고, 채취된 시료는 ion chromatography (DX-120, Dionex, USA)를 이용하여 잔류농도를 측정하였다.
8 M-ATRM 1 g에 pH를 7로 조절한 저농도 (50 mg-F/L)와 고농도(500 mg-F/L)의 불소용액 30 mL를 코니컬튜브(50 mL)에 넣고 항온교반기(shaking incubator, SJ808SF, Sejong scientific Co, Korea)를 이용하여 25℃, 100 rpm의 조건으로 10 min, 20 min, 30 min, 1 h, 2 h, 3 h, 6 h, 12 h, 24 h 교반 후 불소의 잔류 농도를 분석하였다. 평형흡착실험은 50, 100, 300, 500, 1000, 2000, 3000, 4000 mg-F/L의 농도로 동역학적 흡착실험과 동일한 방법으로 24시간 반응 후 분석하였다. pH에 따른 흡착특성을 살펴보고자 300 mg-F/L의 용액을 0.
본 연구에서는 산업부산물인 red mud를 다양한 농도의 HCl로 처리하여 불소 제거에 효과적인 산처리 조건을 탐색하고 열처리가 red mud의 불소 제거 특성에 미치는 영향을 살펴보았다. 환경 변수에 따른 산처리한 red mud의 불소 흡착특성을 파악하기 위하여, 반응 시간, 초기 농도, pH, 흡착제 주입량을 달리하며 회분 실험을 수행하였다. 마지막으로 칼럼을 이용하여 연속 흐름 조건에서 산처리한 red mud의 불소 제거 특성을 살펴보았다.
1 M NaOH로 pH를 3, 5, 7, 9, 11로 조절하고 평형 흡착실험과 동일하게 24시간 반응 후 잔류농도를 분석하였다. 흡착제 주입량에 따른 흡착특성은 0.8 M-ATRM을 50 mL 코니컬튜브에 각 1~5 g 넣고 300 mg-F/L 불소용액 30 mL를 주입하여 24시간 교반 후 잔류농도를 분석하였다. 모든 실험은 3회 반복하여 수행하였고, 반응시료는 0.
대상 데이터
Red mud의 화학적 조성을 파악하기 위하여 XRF 분석을 수행하였고 그 결과를 Table 1에 나타내었다. 본 실험에 사용된 Red mud는 불소에 높은 친화력을 갖고 있는 Al2O3 함량이 19.04%로 다량 함유 하고 있다.31) 또한, 불소 제거에 흔히 사용되는 활성알루미나의 가격이 US$ 800~1600 /ton 에 비하여 매우 저렴한 US$ 25 /ton이다.
본 실험에서 사용한 흡착제는 전남 영암에 있는 KC corporation에서 제공한 red mud를 사용하였다. 실험을 위하여 red mud의 입자크기를 63~125 µm로 구분하였고, 증류수로 3회 세척 후 105℃에서 24시간 건조하여 준비하였다.
본 연구에서 사용된 칼럼은 아크릴 재질로 내경 50 mm, 높이 300 mm이다. 칼럼 실험은 여과사와 흡착소재로써 0.
불소용액은 불화나트륨(NaF, Sigma Aldrich, USA)을 초순수 증류수에 용해하여 각 실험 농도에 맞게 사용하였다. Red mud의 산처리에 따른 흡착능을 비교하기 위하여 100 mg-F/L의 불소용액(pH 7) 30 mL를 50 mL 코니컬튜브에 넣고 처리하지 않은 Red mud (NTRM), 0.
이론/모형
KF, n, KL, Qm은 실험 결과에 Freundlich 모델과 Langmuir 모델을 적용하여 값을 구하였다.
동역학적 흡착실험의 결과는 유사 1차 모델(Pseudo firstorder model)과 유사 2차 모델(Pseudo second-order model) 을 이용하여 분석하였다.29,30)
평형흡착 실험결과는 등온흡착식 Freundlich 모델과 Langmuir 모델을 이용하여 분석하였다.
성능/효과
칼럼 실험에 따른 파과곡선 분석 결과를 Table 4에 나타내었다. 0.8 M-ATRM을 1 cm (22 g) 충진하였을 때 불소의 제거량(qtotal)은 5.01 mg이고, 제거율(Re)은 69.6%를 나타냈고, 3 cm (66 g) 충진 하였을 때 불소의 제거량과 제거율은 각 4.86 mg, 67.5%로 1 cm, 3 cm 충진량과의 차이를 보이지 않았다. 하지만 5 cm (110 g) 충진 시에는 불소 제거량은 6.
8 M-ATRM을 충진하지 않고 여과사만 충진한 칼럼의 경우 6시간 경과 후 불소가 파과되기 시작하였으며, 9시간 경과후 유출수의 불소 농도는 유입 농도의 50%에 이르렀다. 0.8 M-ATRM을 각 1 cm (22 g), 3 cm (66 g) 충진한 칼럼 실험의 경우 각각 11시간, 9시간 후 불소가 파과되기 시작하였고, 15시간 후 불소 농도는 유입 농도의 50%에 도달하였다. 마지막으로 0.
7에 나타내었다. 0.8 M-ATRM의 주입량이 1 g에서 5 g으로 증가할수록 제거율은 각각 22.73%, 31.69%, 42.90%, 50.68%, 53.16%로 증가하였다. 반면 단위질량당 흡착량은 2.
불소(fluoride)는 반도체 및 집적회로 생산에 유용하게 사용되지만, 자연계에 고농도로 방출되기도 한다.1) 최근 구미, 청주, 화성 등에서는 운영 및 관리상의 문제로 인해 불산 누출 사고가 연속적으로 발생하여 큰 문제점이 발생하였다. 불소 폐수는 주로 산성을 띄고 있으며, 자연적으로 분해가 어렵기 때문에 토양 및 지하수에 유출되어 환경을 오염시킨다.
27) 또한 Red mud의 HCl 처리는 Fe2O3, CaO, Na2O, Al2O3를 FeCl3, CaCl2, NaCl, AlCl3 등의 염화물 형태로 변화되어,33) 산소와 결합된 금속 산화물 보다 염화물 형태의 흡착제에서는 쉽게 금속 이온이 용출되어 불소와 화합물을 형성하여 흡착이 증가하는 것으로 판단된다. 1.0 M-ATRM의 흡착량이 감소하는 이유는 높은 농도의 산처리는 미세기공을 붕괴시키는 결과를 초래하여 흡착량을 감소시키는 것으로 판단되며, 기존 연구에서 높은 농도의 산처리에서는 red mud의 인산염 흡착량이 감소하는 결과를 나타내었다.18,19) 0.
3에 나타내었다. 100℃~700℃에서 3시간 열처리한 0.8 M-ATRM의 불소 흡착량은 각각 2.05, 1.01, 1.03, 0.12 mg/g으로 500℃를 제외하고 열처리 온도가 100℃에서 700℃로 증가함에 따라서 전반적으로 흡착량이 감소하는 결과를 나타냈다. 고온(700℃) 처리된 활성알루미나가 열처리하지 않은 활성알루미나 보다 비표면적이 작음에도 불구하고 불소 제거에 효과적이었다는 선행 연구31)와 본 연구 결과는 상반된다.
본 연구에서 열처리 온도가 높아짐에 따라 red mud 의 불소 제거 효율이 감소하는 이유는 열처리에 따른 흡착제 표면 및 미세기공이 산화됨에 따라서 비표면적 감소와 red mud에 존재하는 수산화기의 분해에 따른 것으로 사료 된다.28) 이를 토대로 산처리를 위한 HCl의 농도는 0.8 M, 열처리 온도는 100℃가 불소흡착에 효과적으로 나타났다.
8 M-ATRM은 불소 제거에 효과 적인 흡착제로 판단된다. Freundlich 모델과 Langmuir 모델의 R2를 살펴본 결과 다층흡착을 설명하는 Freundlich 모델보다는 단층흡착을 설명하는 Langmuir 모델의 R2 값이 조금 더 높았다.37) 하지만 두 모델의 R2 값은 큰 차이를 나타내지 않으므로 단층 또는 다층 흡착의 한가지 형태보다는 복합적인 흡착 특성을 나타내는 것으로 판단된다.
2와 같이 나타내었다. 각각의 효율은 NTRM이 0.40 mg/g, 0.2 M-ATRM 0.53 mg/g, 0.4 M-ATRM 0.75 mg/g, 0.6 M-ATRM 0.88 mg/g, 0.8 M-ATRM 1.58 mg/g로 HCl의 농도가 0.2 M 에서 0.8 M로 증가하면서 불소의 단위질량당 흡착량이 증가하였지만 1.0 M-ATRM은 1.18 mg/g으로 0.8 M-ATRM에 비하여 흡착량이 감소하였다. 산처리에 따라서 red mud의 불소 흡착량이 증가하는 것은 선행연구의 결과 red mud의 산처리에 따른 표면적 증가와 미세공극의 발달에 기인한 것으로 판단된다.
8 M-ATRM을 각 1 cm (22 g), 3 cm (66 g) 충진한 칼럼 실험의 경우 각각 11시간, 9시간 후 불소가 파과되기 시작하였고, 15시간 후 불소 농도는 유입 농도의 50%에 도달하였다. 마지막으로 0.8 M-ATRM를 5 cm (110 g) 충진한 칼럼은 10시간 후 불소가 파과되었고, 실험 종료시까지 불소의 농도는 유입 농도의 50% 이하이었다.
063 mg/g의 흡착량을 보였다. 마지막으로 pH 11에서는 0.793 mg/g의 흡착량을 나타내어 용액의 pH가 높을수록 불소의 흡착량이 감소하는 것을 알 수 있었다. 높은 pH에서 0.
240 L/mg으로 나타났다. 본 연구에서 제시한 0.8 M-ATRM의 최대 흡착량은 기존 연구에서 제시된 red mud (5.28 mg/g)와 열처리된 활성알루미나(5.70 mg/g), 활성탄(4.62 mg/g), 이온교환수지(9.40 mg/g)보다 높은 것으로 나타났다.20,31,35,36) 이에 0.
용액의 pH가 증가하면 흡착량이 감소하는 특성을 보였고, 주입량이 증가할수록 제거율은 높아지지만, 단위 질량당 흡착량은 감소하는 결과를 나타냈다. 연속식 조건에서의 불소 제거특성을 살펴본 결과 0.8 M-ATRM의 충진 높이가 1 cm, 3 cm일 때는 불소의 제거율은 각 69.6%, 67.5%로 큰 차이를 나타내지 않았지만, 5 cm 충진 시에는 제거율이 약 88.8%로 약 21% 증가하는 결과를 나타냈다. 본 연구 결과 red mud의 적절한 산처리는 불소의 흡착 효율을 증가시켜 수중 불소 제거에 매우 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
162 mg/g으로 기존 문헌보다 높게 나타났다. 용액의 pH가 증가하면 흡착량이 감소하는 특성을 보였고, 주입량이 증가할수록 제거율은 높아지지만, 단위 질량당 흡착량은 감소하는 결과를 나타냈다. 연속식 조건에서의 불소 제거특성을 살펴본 결과 0.
96 mg/g (5 g)으로 감소하였다. 이를 통해 0.8 M-ATRM의 주입량이 증가하면 불소의 제거율은 높아지지만 단위 질량당 흡착량은 감소하는 것으로 나타났다.
8 M-ATRM 의 흡착은 50 mg-F/L는 30분, 500 mg-F/L에서는 1시간 대 평형에 도달하였다. 평형흡착 실험결과는 단층흡착을 가정한 Langmuir 모델에 부합하였고, 최대 흡착량(Qm)이 23.162 mg/g으로 기존 문헌보다 높게 나타났다. 용액의 pH가 증가하면 흡착량이 감소하는 특성을 보였고, 주입량이 증가할수록 제거율은 높아지지만, 단위 질량당 흡착량은 감소하는 결과를 나타냈다.
후속연구
8%로 약 21% 증가하는 결과를 나타냈다. 본 연구 결과 red mud의 적절한 산처리는 불소의 흡착 효율을 증가시켜 수중 불소 제거에 매우 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.
불소를 경제적으로 처리하기 위하여 폐굴껍질, fly ash, red mud 등과 같은 부산물을 이용하여 불소를 흡착 제거하는 연구가 수행되어 왔지만,15~17) 불소흡착 및 제거를 위한 저가 부산물의 개질을 통한 흡착 소재로서 활용에 대한 연구는 미미하다. 부산물은 경제적이기 때문에 물리화학적 개질을 통해서 제거 대상 오염물질이 효과적으로 제거된다면 활용가치를 높일 수 있을 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
흡착법으로 불소를 제거할 때의 장점은 무엇인가?
6,7) 응집․침전법 이외에도 전기응집, 부상, 이온교환, 막여과, 흡착법 등이 사용된다.8~11) 이 중 흡착에 의한 불소 제거법은 친환경적이고, 유지관리가 쉬우며, 경제적인 장점이 있다.12)불소를 제거하기 위한 흡착제로 높은 친화력을 가지는 희토류 금속이 일부 사용되었지만,13,14) 음용수 처리에 적용하기에는 경제성이 매우 낮은 단점이 있다.
다량의 불소 섭취는 인체에 어떤 영향을 끼치는가?
불소 폐수는 주로 산성을 띄고 있으며, 자연적으로 분해가 어렵기 때문에 토양 및 지하수에 유출되어 환경을 오염시킨다. 인간이 소량의 불소가 존재하는 음용수나 음식물을 섭취하는 경우에는 치아우식증(dental caries)을 예방할 수 있지만, 다량의 불소 섭취는 간과 신장의 기능장애와 뼈, 치아에 불소침착증(fluorosis)을 유발할 수 있다.2~4) 세계보건기구(WHO)와 국내에서는 먹는 물 중 불소의 허용기준을 1.
불소 폐수는 어떻게 환경을 오염시키는가?
1) 최근 구미, 청주, 화성 등에서는 운영 및 관리상의 문제로 인해 불산 누출 사고가 연속적으로 발생하여 큰 문제점이 발생하였다. 불소 폐수는 주로 산성을 띄고 있으며, 자연적으로 분해가 어렵기 때문에 토양 및 지하수에 유출되어 환경을 오염시킨다. 인간이 소량의 불소가 존재하는 음용수나 음식물을 섭취하는 경우에는 치아우식증(dental caries)을 예방할 수 있지만, 다량의 불소 섭취는 간과 신장의 기능장애와 뼈, 치아에 불소침착증(fluorosis)을 유발할 수 있다.
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