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[국내논문] 반응표면분석법을 이용한 폐감귤박 활성탄에 의한 수중의 2,4-Dichlorophenol 흡착특성 해석
Adsorption Characteristics Analysis of 2,4-Dichlorophenol in Aqueous Solution with Activated Carbon Prepared from Waste Citrus Peel using Response Surface Modeling Approach 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.55 no.5, 2017년, pp.723 - 730  

이창한 (부산가톨릭대학교 환경행정학과) ,  감상규 (제주대학교 환경공학과) ,  이민규 (부경대학교 화학공학과)

초록
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폐감귤박으로 제조한 활성탄(WCAC)에 의한 2,4-디클로로페놀(2,4-DCP) 흡착에서 온도, 초기농도, 접촉시간 및 흡착제 투여량과 같은 운전변수의 영향을 조사하기 위해 회분식 실험 및 반응표면분석법(Response Surface Methodology: RSM)을 적용하였다. 2,4-DCP 흡착부터 도출된 회귀식은 반응변수의 함수로 나타낼 수 있었다. 이 모델의 적합성은 응답에 대한 실험값과 예측값 간의 상관관계에 의해 평가되었다. $R^2$ 값은 0.9921로서 높은 상관성을 가지며, 회귀 모델에 의해 대부분의 데이터 변동을 설명할 수 있었다. 독립변수 및 그 상호작용의 유의성은 분산분석(ANOVA)t-검정 통계 기법으로 평가하였다. 이들 결과는 사용된 모델이 응답변수를 유의미하게 잘 부합되며, 응답과 독립 변수 간의 관계를 적합하게 잘 설명한다는 것을 보여 주었다. 흡착 속도 및 등온 실험결과는 각각 유사 2차 속도식 및 Langmuir 등온 모델에 의해 잘 설명될 수 있었다. Langmuir 등온 모델로부터 계산된 WCAC에 의한 2,4-DCP의 최대 흡착량은 345.49 mg/g이었다. 흡착과정에서 막확산과 입자내부확산이 동시에 일어나는 것을 흡착 메커니즘 연구로부터 확인하였다. 열역학적 파라미터는 WCAC에서 2,4-DCP의 흡착 반응이 흡열반응이고 자발적인 과정임을 나타내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The batch experiments by response surface methodology (RSM) have been applied to investigate the influences of operating parameters such as temperature, initial concentration, contact time and adsorbent dosage on 2,4-dichlorophenol (2,4-DCP) adsorption with an activated carbon prepared from waste ci...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 국내 제주지역에서 농업폐기물로 다량 발생하고 있는 폐감귤 껍질을 사용하여 제조한 활성탄을 흡착제로 사용하여 2,4-DCP의 흡착특성을 검토하였다. 또한 실험계획법을 도입하여 흡착에 미치는 영향인자에 대해 분석하고 최적의 조건을 예측하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
2,4-DCP에 의한 수질오염은 어떻게 발생될 수 있는가? 2,4-DCP에 의한 수질오염은 제조산업의 폐수가 수원에 유입되는데 직접적으로 기인하지만 특히 화학공업의 여러 분야에서 대량으로 사용되고 있는 페놀류의 화학물질들이 다양한 경로를 거처 상수처리시설에 유입되어 1차 및 2차 처리된 후 처리수 내에 페놀로서 미량 용존되어 있는 처리수를 염소 소독하는 과정에서 발생되는 클로로페놀류의 화학물질들에 의해 발생될 수 있다[2].
페놀 및 그 유도체는 어느 분야에 사용되고 있는가? 페놀 및 그 유도체는 가장 일반적인 환경오염 물질이다. 특히, 페놀이 염소와 반응하여 생성된 2,4-디클로로페놀(2,4-DCP)과 같은 클로로페놀류는 플라스틱, 염료, 농약, 살충제 등의 합성 중간체로 광범위하게 사용되고 있으며, 이러한 물질들은 독성이 크고 암과 기형을 유발하고 소각처리시 다이옥신의 전구물질로 알려져 있다[1].
폐수중에 함유된 이러한 페놀류 화합물을 제거하기 위한 방법은 무엇이 있는가? 클로로페놀과 같은 난분해성 물질을 포함하는 폐수를 생물학적으로 처리할 경우 완전한 처리가 불가능하며 처리효율의 저하로 유출수 내에 다량의 독성물질이 잔존하게 된다. 폐수중에 함유된 이러한 페놀류 화합물을 제거하기 위하여 활성탄 흡착[3-5], 오존처리[6], 이온교환[7], 막여과[8,9], 역삼투[10], 전기 화학적 산화[11], 광촉매 분해[12], 생물학적 분해[13,14] 등과 같은 다양한 방법들이 사용되고 있다. 이 방법들 중에서 활성탄 흡착은 다양한 종류의 오염 물질들을 효과적으로 제거 할 수 있고, 설계 및 운전이 간편하여 수중의 오염물질 제거에 있어서 다른 수처리 기술에 비해 우수한 것으로 알려져 있다[15].
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참고문헌 (36)

  1. Rappe, C., "In the Handbook of Environmental Chemistry: Anthropogenic Compounds," O. Huntzinger, Ed.: Springer-Verlag: Berlin, 3, Part A(1980). 

  2. Ryu, J., Kim, H. G., Won, S. H., Hwang, S. M., Kim, S. M., Kim, N. K. and Lee, Y. C., "Liquid-phase Adsorption Equilibrium Characteristics of p-Chlorophenol and 2,4-Dichlorophenol by Synthetic Resin Adsorbents," Korean Ind. Eng. Chem., 14(5), 650-656(2003). 

  3. Dabrowski, A., Podkoscielny, P., Hubicki, Z. and Barczak, M., "Adsorption of Phenolic Compounds by Activated Carbon - A Critical Review," Chemosphere, 58, 1049-1070(2005). 

  4. Rengaraj, S., Moon, S. H., Sivabalan, R., Arabindoo, B. and Murugesan, V., "Agricultural Solid Waste for the Removal of Organics Adsorption of Phenol from Water and Wastewater by Palm Seed Coat Aactivated Carbon," Waste Manage., 22, 543-548(2002). 

  5. Eom, S. Y. and Ryu, S. K., "Adsorption of Phenol from Aqueous Solution by Metal-containing ACFs," Korean Chem. Eng. Res., 39(1), 54-58(2001). 

  6. Graham, N., Chu, W. and Lau, C., "Observations of 2, 4, 6-trichlorophenol Degradation by Ozone," Chemosphere, 51, 237-243(2003). 

  7. Klumpp, E., Contreras-Ortega, C., Klahre, P., Tino, F. J., Yapar, S., Portillo, C., Stegen, S., Queirolo, F. and Schwuger, M. J., "Sorption of 2,4-Dichlorophenol on Modified Hydrotalcites," Colloids Surf. A, 230, 111-116(2003). 

  8. Rzeszutek, K. and Chow, A., "Extraction of Phenols using Polyurethane Membrane," Talanta, 46, 507-519(1998). 

  9. Das, S., Banthia, A. K. and Adhikari, B., "Porous Polyurethane Urea Membranes for Pervaporation Separation of Phenol and Chlorophenols from Water," Chem. Eng. J., 138, 215-223(2008). 

  10. Goncharuk, V. V., Kucheruk, D. D., Kochkodan, V. M. and Badekha, V. P., "Removal of Organic Substances from Aqueous Solutions by Reagent Enhanced Rreverse Osmosis," Desalination, 143, 45-51(2002). 

  11. Rodgers, J. D., Jedral, W. and Bunce, N. J., "Electrochemical Oxidation of Chlorinated Phenols," Environ. Sci. Technol., 33, 1453-1457(1999). 

  12. Guo, Z., Ma, R. and Li, G., "Degradation of Phenol by Nanomaterials $TiO_2$ in Wastewater," Chem. Eng. J., 119, 55-59(2006). 

  13. Gallizia, I., McClean, S. and Banat, I. B., "Bacterial Biodegradation of Phenol and 2,4-Dichlorophenol," J. Chem. Tech. Biotech., 78, 959-963(2003). 

  14. Wang, C. C., Lee, C. M. and Kuan, C. H., "Removal of 2,4-Dichlorophenol by Suspended and Immobilized Bacillus insolitus," Chemosphere, 41, 447-452(2000). 

  15. Ahmaruzzaman, M., "Adsorption of Phenolic Compounds on Low-cost Adsorbents: A Review," Adv. Colloid Interface Sci., 143, 48-67(2008). 

  16. Celis, J. de., Amadeo, N. E. and Cukierman, A. L., "In situ Modification of Activated Carbons Developed from a Native Invasive Wood on Removal of Trace Toxic Metals from Wastewater," J. Hazard. Mater., 161, 217-223(2009). 

  17. Chandra, T. C., Mirna, M. M., Sudaryanto, Y. and Ismadji, S., "Synthesis of Bentonite-carbon Nanotube Nanocomposite and Its Adsorption of Rhodamine Dye from Water," Chem. Eng. J., 127, 121-129(2007). 

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  34. Ren, L., Zhang, J., Li, Y. and Zhang, C., "Preparation and Evaluation of Cattail Fiber-based Activated Carbon for 2,4-Dichlorophenol and 2,4,6-trichlorophenol Removal," Chem. Eng. J., 168, 553-561 (2011). 

  35. Langmuir, I., "The Adsorption of Gases on Plane Surface of Glass, Mica and Platinum," J. Am. Chem. Soc., 40, 1361-1403(1918). 

  36. Freundlich, H. M. F., "Over the Adsorption in Solution," J. Phys. Chem., 57, 385-470(1906). 

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