본 연구에서는 기존의 CDI (capacitive deionization)를 이용해 산업 폐수에 함유되어있을 수 있는 바륨 이온 제거에 관해서 연구하였다. Feed 용액은 30 mg/L의 BaCl2 (barium chloride dihydrate) 수용액을 사용하였고, 유속은 10 mL/min 설정하였다. 흡착 조건을 1.2 V에서 3, 5, 7분으로, 탈착 조건은 각각 -1, -1.5, -2 V 및 1, 2, 3분으로 다양하게 조정하여 가장 효율이 높은 조건을 선정하는 실험을 진행하였고, 그 결과 흡착 1.2 V/7분 탈착 -1 V/1분의 조건에서 64.4%의 바륨 이온 제거효율을 나타내었다. 동일한 실험 조건으로 바륨과 같은 농도인 30 mg/L NaCl 수용액에 대하여 CDI의 제거효율과 비교 분석한 결과 흡착 1.2 V/7분 탈착 -1 V/1분의 조건에서 69.9%의 제거효율을 나타내었다.
본 연구에서는 기존의 CDI (capacitive deionization)를 이용해 산업 폐수에 함유되어있을 수 있는 바륨 이온 제거에 관해서 연구하였다. Feed 용액은 30 mg/L의 BaCl2 (barium chloride dihydrate) 수용액을 사용하였고, 유속은 10 mL/min 설정하였다. 흡착 조건을 1.2 V에서 3, 5, 7분으로, 탈착 조건은 각각 -1, -1.5, -2 V 및 1, 2, 3분으로 다양하게 조정하여 가장 효율이 높은 조건을 선정하는 실험을 진행하였고, 그 결과 흡착 1.2 V/7분 탈착 -1 V/1분의 조건에서 64.4%의 바륨 이온 제거효율을 나타내었다. 동일한 실험 조건으로 바륨과 같은 농도인 30 mg/L NaCl 수용액에 대하여 CDI의 제거효율과 비교 분석한 결과 흡착 1.2 V/7분 탈착 -1 V/1분의 조건에서 69.9%의 제거효율을 나타내었다.
We studied the removal of barium ions that may be contained in industrial wastewater using the existing capacitive deionization (CDI). The 30 mg/L BaCl2 (barium chloride dihydrate) solution was used as the feed solution, and the flow rate was set to 10 mL/min. The adsorption conditions were varied f...
We studied the removal of barium ions that may be contained in industrial wastewater using the existing capacitive deionization (CDI). The 30 mg/L BaCl2 (barium chloride dihydrate) solution was used as the feed solution, and the flow rate was set to 10 mL/min. The adsorption conditions were varied from 1.2 V to 3, 5 and 7 min, and the desorption conditions were -1, -1.5, -2 V and 1, 2 and 3 min, respectively, to select the most efficient conditions. As a result, barium ion removal efficiency of 64.4% was obtained under the adsorption conditions of adsorption of 1.2 V/7 min and the desorption -1 V/1 min. For the desorption voltages and time, under the same experimental conditions, the removal efficiency of CDI for 30 mg/L NaCl aqueous solution with the same concentration as barium showed 69.9% removal efficiency under the adsorption conditions of and the desorption conditions of 1.2 V/7 min desorption -1 V/1 min, respectively.
We studied the removal of barium ions that may be contained in industrial wastewater using the existing capacitive deionization (CDI). The 30 mg/L BaCl2 (barium chloride dihydrate) solution was used as the feed solution, and the flow rate was set to 10 mL/min. The adsorption conditions were varied from 1.2 V to 3, 5 and 7 min, and the desorption conditions were -1, -1.5, -2 V and 1, 2 and 3 min, respectively, to select the most efficient conditions. As a result, barium ion removal efficiency of 64.4% was obtained under the adsorption conditions of adsorption of 1.2 V/7 min and the desorption -1 V/1 min. For the desorption voltages and time, under the same experimental conditions, the removal efficiency of CDI for 30 mg/L NaCl aqueous solution with the same concentration as barium showed 69.9% removal efficiency under the adsorption conditions of and the desorption conditions of 1.2 V/7 min desorption -1 V/1 min, respectively.
본 연구에서는 축전식탈염공정을 이용하여 barium 이온의 효율적 제거를 위한 최적 조건에 대해 알아보았다. 제거효율은 탈착 전압이 -1 V일 때 가장 높았으며 전압이 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였으며, 탈착 시 간 또한 늘어날수록 일괄적으로 제거효율이 감소하는 모습을 보였다.
제안 방법
실험 용액 농도는 국내 음용수 취수구에 따른 바륨 이온 농도의 평균값인 30 ppm 으로 설정하였으며 유속은 효율이 가장 좋고 2시간 동 안 연속되는 실험에도 안정적인 경향을 볼 수 있도록 10 mL/min으로 설정하였다. 고정된 유속과 농도 조건에서 CDI 공정의 바륨 이온 분리 특성에 대해 실험하고 그 결과를 TDS (total dissolved solid) 그래프로 도식하여 흡착 및 탈착 시간과 전압의 변화에 따른 바륨 이온 제거효율을 분석하였다.
본 연구에서는 축전식탈염공정의 활성탄소전극을 육각형 모양으로 잘라 서로 마주 보도록 설계하여 유입되는 오염수의 바륨 이온이 최소한의 dead zone으로 전극에 흡착되도록 설계하였다. 실험 용액 농도는 국내 음용수 취수구에 따른 바륨 이온 농도의 평균값인 30 ppm 으로 설정하였으며 유속은 효율이 가장 좋고 2시간 동 안 연속되는 실험에도 안정적인 경향을 볼 수 있도록 10 mL/min으로 설정하였다.
대상 데이터
전극 제조를 위해 Puree chem (Korea)사의 다공성 탄소전극을 이용하였다. 순수는 Younglin instrument (Korea)사의 aqua MAXTM-Ultra 370으로 생산하여 사용하였으며, 시약은 실험군으로 barium chloride dihydrate (BaCl2, Sigma Aldrich) 대조군으로 sodium chloride (NaCl, Samchun)을 사용하였다.
전극 제조를 위해 Puree chem (Korea)사의 다공성 탄소전극을 이용하였다. 순수는 Younglin instrument (Korea)사의 aqua MAXTM-Ultra 370으로 생산하여 사용하였으며, 시약은 실험군으로 barium chloride dihydrate (BaCl2, Sigma Aldrich) 대조군으로 sodium chloride (NaCl, Samchun)을 사용하였다.
성능/효과
선행된 바륨 이온 제거 실험 들의 탈착 조건 및 흡착 조건을 같게 하였을 때 제거효율은 Tables 1과 2에 나타내었다. NaCl 제거 실험에서는 탈착 전압 및 시간이 높을수록 효율이 낮아지는 것 을 알 수 있으며, 흡착 1.2 V/7 min 탈착 -1 V/1 min에 서 69.9%의 제거효율로 가장 높은 값을 갖는 것을 알 수 있다. 위의 barium 제거 실험의 그래프들과 NaCl제 거 실험 그래프를 비교했을 때 그래프 진행 양상이 매우 흡사했으며 절대적인 제거효율은 떨어지지만 NaCl의 그래프 경향에 들어맞는 것을 확인할 수 있었다.
제거효율은 탈착 전압이 -1 V일 때 가장 높았으며 전압이 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였으며, 탈착 시 간 또한 늘어날수록 일괄적으로 제거효율이 감소하는 모습을 보였다. 가장 높은 효율과 안정적인 그래프 진행을 보였던 흡착 1.2 V/3 min, 탈착 -1 V/1 min 조건에서 흡착 시간을 5, 7 min으로 늘렸을 때의 결과는 60.1, 64.4%로 이전 실험들보다 10% 이상 증가한 제거효율을 확인할 수 있었으며, 실험 3.1에서 선정된 적절한 탈착 조건을 통해 안정적으로 그래프가 진행되는 것을 확인 할 수 있었다. 실험 3.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
축전식탈염공정이란 무엇인가?
최근 환경 및 에너지 문제에 대한 우려는 글로벌 관점에서 점점 높아지고 있는데, 특히 물은 한정적인 자원임에도 불구하고 계속해서 오염되고 있는 실정이며 깨끗한 물을 확보하기 위한 연구는 꾸준히 진행 중에 있다[1-3]. 오염된 수자원을 정화하고, 해수를 이용하여 담수화하는 기술은 수 처리 분야의 주요 연구 과제로 부상하고 있는데, 이에 따라 제시된 차세대 수 처리 공정 중 하나인 축전식탈염공정(capacitive deionization, CDI)은 정전기적 인력을 이용해 수용액상에 있는 이온을 제거하는 기술이다[4-6]. 이 공정은 에너지 소모량이 적으며 2차 오염물을 만들지 않기 때문에 친환경 공정으로 각광받고 있다[7].
바륨의 폐수배출기준에 따른 단속 수치는 얼마인가?
바륨은 수용액 상에서 색, 맛, 또는 냄새가 나지 않으며 1 ppm 이상 경구 섭취 시 유독성을 지니기 때문에 환경부는 2012년부터 유해 중금속으로 규정하고 폐수배출기준을 정해 청정지역 1.0 ppm, 특례 지역 10.0 ppm 이하로 단속하고 있다. 그러나 먹는 물 수질 기준으로 는 정확히 규정된 것이 없으며 취수구에 따라 농도가 매우 상이한 것으로만 조사된 바가 있다.
축전식탈염공정이 주목받는 이유는 무엇인가?
오염된 수자원을 정화하고, 해수를 이용하여 담수화하는 기술은 수 처리 분야의 주요 연구 과제로 부상하고 있는데, 이에 따라 제시된 차세대 수 처리 공정 중 하나인 축전식탈염공정(capacitive deionization, CDI)은 정전기적 인력을 이용해 수용액상에 있는 이온을 제거하는 기술이다[4-6]. 이 공정은 에너지 소모량이 적으며 2차 오염물을 만들지 않기 때문에 친환경 공정으로 각광받고 있다[7]. 축전식탈염공정의 전극은 전기 전도성이 우수한 탄소물질이 사용되고 각 전극에 전압을 걸어서 흡착 시 음극에는 양이온이, 양극에는 음이 온이 흡착되도록 한다.
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