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입상 활성탄에 의한 Murexide의 흡착 평형, 동력학 및 열역학 파라미터에 관한 연구
Study on Adsorption Equilibrium, Kinetic and Thermodynamic Parameters of Murexide by Activated Carbon 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.25 no.1, 2019년, pp.56 - 62  

이종집 (공주대학교 화학공학부)

초록
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입상 활성탄에 의한 murexide 흡착의 평형, 동역학 및 열역학 파라미터들에 대해 조사하였다. 실험은 흡착제의 양, 염료의 초기농도, 접촉시간과 온도를 변수로 하여 회분식 실험으로 진행하였다. 등온흡착평형관계는 293 ~ 313 K의 범위에서 Freundlich 식에 가장 잘 적용되었으며, Langmuir 식의 분리계수 $R_L$과 Freundlich 식의 분리계수 ${\beta}$로부터 입상 활성탄에 의한 murexide의 흡착조작이 적절한 처리방법이 될 수 있다는 것을 알았다. 또한 Dubinin- Radushkevich 식에서 얻은 흡착에너지(E)로부터 물리흡착공정임을 알 수 있었다. 흡착공정에 대한 동역학적 해석을 통해 반응속도식의 적용 결과는 유사이차반응식이 유사일차반응식보다 일치도가 높은 것으로 나타났다. Gibbs 자유에너지 변화($-0.1096{\sim}-10.5348kJ\;mol^{-1}$), 엔탈피변화($+151.29kJ\;mol^{-1}$)을 통해 흡착공정이 자발적 공정 및 흡열과정으로 진행되었음을 알 수 있었다. 또한 Gibbs 자유에너지 변화는 온도가 올라갈수록 감소하였기 때문에 입상 활성탄에 의한 murexide의 흡착반응은 온도가 올라갈수록 자발성이 높아졌다. 엔트로피 변화 ($512.4J\;mol^{-1}\;K^{-1}$)는 활성탄에 의한 murexide의 흡착반응이 일어나는 동안 고-액 계면에서 무질서도가 증가함을 나타냈다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The equilibrium, kinetic and thermodynamic parameters of adsorption of murexide by granular activated carbon were investigated. The experiment was carried out by batch experiment with the variables of the amount of the adsorbent, the initial concentration of the dye, the contact time and the tempera...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한, 입상 활성탄을 이용한 murexide 흡착속도실험을 통해 유사일차반응식과 유사이차반응식을 사용하여 초기농도, 흡착온도 등의 변수가 흡착반응에 미치는 영향을 알아보았다. 동역학 파라미터를 분석하여 흡착과정에 대한 해석과 반응속도식의 일치 여부를 고찰해보았고, 온도별 흡착속도실험으로부터 엔탈피 변화, 엔트로피 변화, Gibbs 자유에너지 변화 등의 열역학 파라미터를 분석하고 흡착특성을 파악하여 흡착공정에 대한 자료를 얻고자 하였다.
  • 그러나 활성탄을 단독으로 사용하여 murexide의 흡착에 대한 흡착공정을 해석한 연구는 보고된 바가 없기 때문에 이에 대한 연구가 필요하다고 판단하였다. 본 연구는 야자각계 입상 활성탄을 이용한 murexide 등온흡착실험을 통해 Langmuir, Freundlich, Dubinin-Radushkevich 및 Elovich 등온흡착식을 사용해 각각의 파라미터를 조사하여 흡착처리의 적합성을 평가해 보고자 하였다. 또한, 입상 활성탄을 이용한 murexide 흡착속도실험을 통해 유사일차반응식과 유사이차반응식을 사용하여 초기농도, 흡착온도 등의 변수가 흡착반응에 미치는 영향을 알아보았다.
  • 본 연구에서는 입상 활성탄에 의한 murexide 흡착의 평형, 동역학 및 열역학 파라미터를 연구하였다. 등온흡착평형관계를 검토한 결과 Freundlich 식에 잘 맞았으며, 실험으로부터 얻은 분리계수(1/n) 값들은 각각 0.

가설 설정

  • Langmuir 등온흡착식은 균일한 표면에서 일정한 흡착점(site)에 단층흡착(monolayer adsorption)이 된다는 것 즉, 한 흡착점에서는 한 분자만 흡착되며 흡착된 분자는 고정되어 있다는 것을 가정하였으며 다음과 같은 직선식으로 나타낼 수 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Murexide가 신체에 노출되거나 닿으면 어떠한 일이 나타나는가? 시간가중평균노출기준(TWA) 5 mg L-1로 통제되고 있는 유해물질이다. 노출되거나 닿으면 눈 자극, 피부자극, 점막 및 호흡기 손상을 초래한다. 생물에 대한 축적은 낮지만 유동성이 높고, 수/토양에 대한 환경독성이 높다[1,2].
Murexide가 함유된 폐수가 방출되면 어떠한 문제가 있는가? Murexide가 함유된 폐수가 방출되면 유색 폐수에 의한 인체 유해성 문제와 환경오염 문제 등이 있다. 대부분 유색폐수의 색도는 미관상 불쾌할 뿐만 아니라, 수중의 일광투과를 막아 탄소동화작용을 저해함으로써 수질 생태계에 영향을 미치며, 미생물에 의한 자연정화작용을 방해하여 하천의 오염도를 증가시킬 우려가 있다[3].
Murexide은 무엇인가? Murexide (C8H8N6O6)는 적자색의 결정으로 녹색 광택을 띄고 있다. 직물 염색의 염료로 사용되며, 복합적정(complexometrictitration)에서는 Ca, Cu, Ni, Co 등 각종 금속 이온의 지시약으로 광범위하게 사용된다, 금속과 결합하면 붉은 색을 띄고 금속이온이 떨어져 나가면 푸른색을 띈다. 시간가중평균노출기준(TWA) 5 mg L-1로 통제되고 있는 유해물질이다. 노출되거나 닿으면 눈 자극, 피부자극, 점막 및 호흡기 손상을 초래한다. 생물에 대한 축적은 낮지만 유동성이 높고, 수/토양에 대한 환경독성이 높다[1,2].
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참고문헌 (16)

  1. Sigma, Murexide, https://www.sigmaaldrich.com/content/dam/sigma-aldrich/docs/Sigma/Product_Information_Sheet/2/m2628pis.pdf (accessed Jan. 2019). 

  2. Santa Cruz, Murexide, http://datasheets.scbt.com/sc-215401.pdf (accessed Jan. 2019). 

  3. Ihm, S, K., "Development of Fundamental Technology on Catalyst for Wet Air Oxidation of Refractory Industrial Wastewater," Korea Environmental Industry and Technology Institute, Report, 273-274 (2007). 

  4. Gupta, V. K., and Ali, I., "Removal of Endosulfan and Methoxychlor from Water on Carbon Slurry," Environ. Sci. Technol., 42, 766-770 (2008). 

  5. Lu, F. C., and Lavallee, A., "The Acute Toxicity of Some Synthetic Colours Used in Drugs and Foods," Canad. Pharm. J., 97, 30-38 (1964). 

  6. Rodriguez-reinoso, F., " The Role of Carbon Materials in Heterogeneous Catalysis," Carbon, 38(3), 159-175 (1998) 

  7. Gupta, V. K., Mittal, A., Krishnan, L., and Mittal, J., "Adsorption Treatment and Recovery of the Hazardous Dye, Brilliant Blue FCF, over Bottom Ash and De-Oiled Soya : Bottom Ash and De-Oiled Soya," J. Coll. Interf. Sci., 293, 16-26 (2006). 

  8. Davoodi, S, Marahel, F., Ghaedi, M., Roosta, M., and Jah, A. H., "Tin Oxide Nanoparticles Loaded on Activated Carbon as Adsorbent for Removal of Murexide," Desalin. Water. Treat., 52, 37-39 (2013). 

  9. Ishaq, M., Saeed, K., Shakirullah, M., Ahmad, I., and Sultan S., "Removal of Murexide from Aqueous Solution Using Pomegranate Bark as Adsorbent," J. Chem. Soc. Pak, 34(6), 1498-1505 (2012). 

  10. Al-degs, Y., Khraisheh, M. A. M., Allen, S. J., and Ahmad, M. N., "Effect of Carbon Surface Chemistry on the Removal of Reactive Dyes from Textile Effluent," Water Res., 34, 927-935 (2000). 

  11. Lee, J. J., "Study on Equilibrium, Kinetic and Thermodynamic for Adsorption of Coomassi Brilliant Blue G Using Activated Carbon," Korean J. Environ. Agri., 25, 25-33 (2006). 

  12. Lee, J. J., "Adsorption Kinetic, Thermodynamic Parameter and Isosteric Heat for Adsorption of Crystal Violet by Activated Carbon," Clean Technol., 20(3), 290-297 (2014). 

  13. Monika, J., Garg, V., and Kadirvelu. K., "Chromium (VI) Removal from Aqueous Solution, Using Sunflower Stem Waste," J. Hazard. Mater., 162, 365-372 (2009). 

  14. Tan, I. A. W, Ahmad, A. L., and Hameed, B. H., "Adsorption of Basic dye on High-Surface-Area Activated Carbon Prepared from Coconut Husk," J. Hazard. Mater., 154, 337-346 (2008). 

  15. Sulak, M. T., Demirbas, E., and Kobya, M., "Removal of Astrazon Yellow 7GL from Aqueous Solutions by Adsorption onto Wheat Bran," Biores. Technol., 98, 2590-2598 (2007). 

  16. Dorgan, M., Alkan, M., Demirbas, O., Ozdemir, Y., and Ozmetin, C., "Adsorption Kinetics of Maxilon Blue GRL onto Sepiolite from Aqueous Solutions," Chem. Eng. J., 124, 89-101 (2006). 

저자의 다른 논문 :

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