[논문]백합나무 유래 biochar를 이용한 수중에서 니켈 이온의 처리

최석순; 최정훈; 김승수

doi:10.14478/ace.2017.1061

백합나무 유래 biochar를 이용한 수중에서 니켈 이온의 처리
Treatment of Nickel Ions in Water Phase Using Biochar Prepared from Liriodendron tulipifera L. 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.28 no.5, 2017년, pp.529 - 533

최석순 (세명대학교 바이오환경공학과) , 최정훈 (세명대학교 바이오환경공학과) , 김승수 (강원대학교 삼척캠퍼스 화학공학과)

초록
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본 연구에서는 백합나무 biochar에 수증기를 사용하여 활성화 공정이 첨가된 새로운 형태의 생물흡착제를 제조하였다. 이 생물흡착제를 이용하여, 수중에서 니켈 이온의 제거 특성을 고찰하였다. 5와 10 mg/L 니켈 이온을 제거하기 위하여 흡착 평형 실험이 이루어졌을 때, 니켈 이온의 흡착량은 각각 4.2 mg/g과 5.4 mg/g을 나타내었다. 또한 두 가지 니켈농도(5, 10 mg/L)의 제거 효율을 증가시키기 위한 최적의 초기 pH가 6임을 알 수 있었다. 그리고 수중에 함유된 10 mg/L 니켈이온 제거능력을 향상시키기 위하여 생물흡착제에 구연산을 이용한 화학적 처리가 이루어졌다. 또한, 4 M 구연산으로 개질된 흡착제를 사용하여 2 h 반응시켰을 때, 10 mg/L 니켈 이온은 100% 제거 효율을 나타내었다. 그리고 니켈 이온 회수를 위한 탈착 실험한 결과, 0.1 M Nitrilotriacetic acid (NTA)가 최적의 탈착제로 선정하였다. 따라서 이러한 실험 결과들은 경제적이고 친환경적인 기술로서 니켈 처리 공정 개발에 활용될 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this work, a new type of biosorbent was prepared from the biochar of Liriodendron tulipifera L. by adding an activation process using water vapor. By using the biosorbent, the removal characteristics of nikel ions in the water phase were investigated. When the equilibrium experiments to remove both 5 and 10 mg/L of nikel ions were performed, the adsorption amount of nickel ions was 4.2 and 5.4 mg/g, respectively. Also, the optimal initial pH was 6 to increase the removal efficiency with respect to two different nickel concentrations of 5 and 10 mg/L. To enhance the removal efficiency of 10 mg/L of nikel ions, a chemical treatment using critic acid was applied for the biosorbent. In addition, 100% removal efficiency was observed for 10 mg/L of nikel ions when the experiment was conducted for 2 h using the modified biosorbent treated by 4 M of critic acid. The results of desorption experiment to recover nikel ions indicated that 0.1 M of nitrilotriacetic acid (NTA) was selected as the optimal desorption agent. Consequently, these experimental results could be employed as an economical and environmentally friendly technology for the development of nickel removal processes.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

수중에서 비교적 저농도로 존재하는 5와 10 mg/L 니켈 이온의 흡착능력을 알아보고자 백합나무 biochar와 활성탄과 비교 분석하였다. Figure 1(a)에 나타낸 것과 같이, 백합나무 biochar는 반응 1 h에 도달하였을 때 흡착 평형이 이루어졌으며, 이때 4.
본 연구에서는 기존의 목질계 바이오매스로에서 탄화 공정으로만 제조된 biochar 달리, 백합나무 유래 biochar에 수증기를 사용하여 활성화 공정이 추가적으로 수행된 새로운 형태의 생물흡착제를 제조하였다. 이 생물 흡착제를 사용하여 수중에 함유된 니켈 이온을 효과적으로 처리하는 기술을 개발하고자 하였다.

제안 방법

본 실험에서는 백합나무 biochar에 수증기를 사용하여 활성화 공정이 첨가된 새로운 형태의 생물흡착제를 제조하였다. 이 생물흡착제를 이용하여, 수중에 존재하는 5와 10 mg/L 니켈 이온을 처리하기 위하여 흡착평형 실험이 이루어졌을 때, 니켈 이온 흡착량은 각각 4.
본 연구에서는 기존의 목질계 바이오매스로에서 탄화 공정으로만 제조된 biochar 달리, 백합나무 유래 biochar에 수증기를 사용하여 활성화 공정이 추가적으로 수행된 새로운 형태의 생물흡착제를 제조하였다. 이 생물 흡착제를 사용하여 수중에 함유된 니켈 이온을 효과적으로 처리하는 기술을 개발하고자 하였다.
본 연구에서는 바이오매스를 이용한 기존의 biochar와 차별화하여 백합나무 biochar에 수증기를 활용한 생물흡착제로 제조하였으며, 이를 사용하여 수중에 함유된 니켈 이온의 처리에 관한 실험적 고찰이 이루어졌다.

대상 데이터

본 연구에서는 목질계 바이오매스로서 강원지역에서 생산되는 백합나무를 이용하였다. 이 백합나무를 600 °C 온도에서 2 h 동안 200 mL/min의 질소 공급에 의한 탄화 공정으로부터 biochar를 제조하였다.
시료인 니켈 수용액을 제조하기 위하여 Ni(NO₃)₂⋅6H₂O (Junsei Chemical Co., Japan)를 사용하였으며, 니켈 수용액은 농도별로 희석 제조하여 실험에 사용하였다. 그리고 0.

성능/효과

또한 5, 10 mg/L 니켈 수용액의 제거 능력 향상을 위한 최적의 초기 pH가 6임을 알 수 있었다. 그리고 10 mg/L 니켈 이온의 제거 효율을 향상시키고자 biochar에 구연산을 이용한 화학적 처리가 효과적임을 알 수 있었다. 또한, 4 M 구연산으로 개질된 흡착제를 사용하였을 때, 10 mg/L 니켈 이온의 제거 효율은 100%를 나타내었다.
또한, 4 M 구연산으로 개질된 흡착제를 사용하였을 때, 10 mg/L 니켈 이온의 제거 효율은 100%를 나타내었다. 그리고 니켈 이온 회수를 위한 탈착 실험으로 부터 0.1 M nitrilotriacetic acid (NTA)가 최적의 탈착제임을 알 수 있었다. 따라서, 이러한 실험 결과들은 수중에 함유된 니켈 이온을 경제적이고 친환경적으로 제거할 수 있는 중금속 처리 공정 개발에 충분히 적용될 수 있을 것이다.
그리고 10 mg/L 니켈 이온의 제거 효율을 향상시키고자 biochar에 구연산을 이용한 화학적 처리가 효과적임을 알 수 있었다. 또한, 4 M 구연산으로 개질된 흡착제를 사용하였을 때, 10 mg/L 니켈 이온의 제거 효율은 100%를 나타내었다. 그리고 니켈 이온 회수를 위한 탈착 실험으로 부터 0.

후속연구

1 M NTA임을 구할 수 있었다. 그리고 탈착된 백합나무 biochar를 사용하여 연속식 반응 장치인 충진층 반응기에서 니켈 이온의 재생능력에 관한 각종 운전 인자를 고려한 최적의 실험조건을 도출하고, 이를 이용한 파이롯트 규모의 실증화 실험이 보완된다면 실제적으로 니켈이 함유의 폐수처리 공정에 매우 유용한 공학적 자료로 충분히 활용될 수 있을 것이다.
1 M nitrilotriacetic acid (NTA)가 최적의 탈착제임을 알 수 있었다. 따라서, 이러한 실험 결과들은 수중에 함유된 니켈 이온을 경제적이고 친환경적으로 제거할 수 있는 중금속 처리 공정 개발에 충분히 적용될 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	기존 중금속 제거 방법의 한계는 무엇인가?	수중으로부터 중금속을 제거하는 방법들에는 이온교환, 용매추출, 역삼투압, 침전, 흡착 등이 알려졌으나[3-7], 이러한 방법들은 고가 설치비가 요구되며[8], 높은 에너지 소비와 처리공정에서 복잡한 과정이 포함된다고 보고되었다[1,9]. 따라서 이러한 문제점들을 극복하는 새로운 중금속 제거 방법의 개발이 요구되고 있다.
	biochar의 장점은 무엇인가?	Biochar는 원료의 폭넓은 이용성과 저렴한 비용 및 물리적/화학적 표면 특성을 고려할 때 물에 함유된 오염물질 제거에 큰 잠재력을 나타낸다고 보고되었다[14]. 특히, biochar는 활성탄과 비교하여 낮은 에너지 설비에 의하여 경제적이라고 밝혀졌으며[15,16], 이러한 biochar 생산 원료들은 농업에서 biomass와 고형폐기물로부터 얻을 수 있기에 풍부하고 저비용의 장점들을 가지고 있다고 알려졌다[17-20]. 그리고 기존의 biochar를 활용한 연구들은 옥수수 짚, 쌀 껍질 등의 농업부산물을 이용하여 구리, 아연, 알루미늄, 납의 흡착에 관한 연구가 발표되었지만[19,21,22], 백합나무를 사용하여 수중에 존재하는 니켈 이온 제거에 관한 연구는 아직까지 이루어지 않았다.
	Biochar의 특징은 무엇인가?	최근 수용액에서 오염물질을 제거하기 위하여 biochar 적용에 대한 많은 관심이 이루지고 있다. Biochar는 원료의 폭넓은 이용성과 저렴한 비용 및 물리적/화학적 표면 특성을 고려할 때 물에 함유된 오염물질 제거에 큰 잠재력을 나타낸다고 보고되었다[14]. 특히, biochar는 활성탄과 비교하여 낮은 에너지 설비에 의하여 경제적이라고 밝혀졌으며[15,16], 이러한 biochar 생산 원료들은 농업에서 biomass와 고형폐기물로부터 얻을 수 있기에 풍부하고 저비용의 장점들을 가지고 있다고 알려졌다[17-20].

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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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