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알럼 슬러지 기반 흡착제를 이용한 수용액상 불소 및 비소 흡착에 관한 연구
A Study of Fluoride and Arsenic Adsorption from Aqueous Solution Using Alum Sludge Based Adsorbent 원문보기

자원환경지질 = Economic and environmental geology, v.53 no.6, 2020년, pp.667 - 675  

이준학 (한국광해관리공단, 광해방지연구실) ,  지원현 (한국광해관리공단, 광해방지연구실) ,  이진수 (한국광해관리공단, 광해방지연구실) ,  박성숙 (한양대학교 공과대학 자원환경공학과) ,  최궁원 (한양대학교 공과대학 자원환경공학과) ,  강찬웅 ((주)골든엔지니어링) ,  김선준 (한양대학교 공과대학 자원환경공학과)

초록
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본 연구에서는 정수 처리장 침전지에서 채취한 알럼 기반의 슬러지를 수열합성 방법으로 흡착제(Alum Sludge Based Adsorbent, ASBA)를 제조하고, 이를 인공 수용액 및 광산배수 내 불소와 비소의 제거에 적용하여 ASBA의 흡착 특성을 평가하였다. ASBA의 광물학적 결정 구조, 구성 성분 및 비표면적을 조사한 결과, ASBA는 표면에 불규칙한 기공과 87.25㎡ g-1의 비표면적을 갖는 흡착에 유리한 구조로 나타났다. ASBA를 구성하는 주요 광물 성분은 석영(SiO2), 몬모릴로나이트((Al,Mg)2Si4O10(OH)2·4H2O), 알바이트(NaAlSi3O8)임을 확인하였다. 다음으로 회분식 흡착실험을 수행하여 pH, 흡착 반응시간, 초기 농도 및 온도 등의 인자가 ASBA를 활용한 불소와 비소 흡착에 미치는 영향을 살펴보았다. 실험 결과, 용액의 pH 환경이 염기 영역으로 갈수록 불소와 비소의 흡착률은 감소하는 경향을 보였으며, 흡착제의 영전하점은 pH 7 부근으로 나타났다. 등온 흡착실험을 통해 확인한 불소와 비소의 최대 흡착량은 각각 7.6mg g-1, 5.6mg g-1이었고, 동적 흡착실험에서 불소와 비소는 반응이 시작한 후 각각 8h, 12h이 경과하면서 흡착농도의 증가율이 감소하는 것으로 나타났다. 한편 흡착평형 실험을 통한 ASBA의 흡착 메커니즘을 알아본 결과. 불소와 비소의 흡착은 Langmuir 등온 흡착모델 및 Freundlich 등온 흡착모델과 높은 상관관계를 가지며 일치하는 경향을 보여주었다. 또한 열역학적 연구에서는 25℃부터 35℃까지의 온도 증가에 따른 불소와 비소의 흡착 양상을 실험하여, 양의 값을 갖는 열역학적 상수 ΔH°와 ΔG°을 도출함으로써 ASBA의 흡착 특성은 흡열반응이자 비자발적인 반응임을 검증하였다. 재생실험 결과, ASBA는 1N NaOH을 이용하여 재생 가능하였으며, 광산배수를 이용한 불소와 비소의 흡착실험에서 각각 77%, 69%로 비교적 높은 제거율을 보여 현장 적용 가능성을 지닌 것을 알 수 있었다. 분석 결과를 종합하여 볼 때, 소규모 유량을 가지며 pH 환경이 산·중성 영역인 광산배수 내 불소와 비소가 흡착되어 제거되는 데 흡착제로서 ASBA가 효과적임을 제안한다.

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An Alum-sludge based adsorbent (ASBA) was synthesized by the hydrothermal treatment of alum sludge obtained from settling basin in water treatment plant. ASBA was applied to remove fluoride and arsenic in artificially-contaminated aqueous solutions and mine drainage. The mineralogical crystal struct...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 간의 흡착 특성을 분석하였다. 또한 흡착제의 재생실험과 실제 광산배수를 이용한 흡착실험을 진행함으로써 ASBA의 경제성 및 현장 적용 가능성을 알아보았다. 그 결과 다음의 주요 내용을 도출하였다.
  • 본 연구에서는 정수 처리장 침전지에서 확보한 알럼기반의 슬러지를 수열합성하여 흡착제(ASBA)를 제조하고, 이를 사용하여 인공 수용액 및 실제 광산배수에용존된 불소와 비소를 흡착하여 보았다.
  • 본 연구의 목적은 정수 처리장에서 채취한 알럼 슬러지를 수열합성하여 흡착제를 제조한 후, 인공 수용액과 실제 광산배수 내 함유된 불소와 비소를 흡착하는 능력 및 흡착 특성을 분석하고자 하였다. 따라서 X-선 회절분석, X-선 형광분석, 주사전자현미경 관찰을 진행하였고, 알럼 기반 흡착제의 광물학적 구성 성분과 결정 구조 분석을 수행하였다.
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