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논문 상세정보

활성탄에 의한 Reactive Blue 4 염료의 흡착에 대한 등온선, 동력학 및 열역학적 특성

Characteristics of Isotherm, Kinetic, and Thermodynamic Parameters for Reactive Blue 4 Dye Adsorption by Activated Carbon

청정기술 = Clean technology v.26 no.2 , 2020년, pp.122 - 130  
초록

입상 활성탄에 대한 reactive blue 4 (RB 4) 의 등온흡착과 동력학적, 열역학적 파라미터에 대해 활성탄의 양, pH, 초기농도, 접촉시간, 온도를 흡착변수로 하여 조사하였다. 활성탄에 의한 RB 4 염료의 흡착은 pH 7을 기점으로 양쪽으로 흡착 백분율이 증가하는 concave 모양을 나타내었다. 등온흡착자료는 Langmuir, Freundlich, Temkin 등온흡착식에 적용하였다. Freundlich과 Langmuir 등온흡착식이 모두 잘 맞았다. 계산된 Freundlich 분리계수(1/n = 0.125 ~ 0.232)과 Langmuir 분리계수(RL = 1.53 ~ 1.59) 으로부터 활성탄이 RB 4를 효과적으로 처리할 수 있다는 것을 알 수 있었다. Temkin의 흡착열관련상수(BT = 17.611 ~ 29.010 J mol-1)는 이 공정이 물리흡착임을 나타냈다. 동력학적 실험으로부터 흡착공정은 유사 이차 반응속도식에 잘 맞았다. 입자 내 확산식에 대한 결과는 표면확산을 나타내는 두 번째 직선의 기울기보다 입자내 세공확산을 나타내는 첫 번째 직선의 기울기가 작게 나타나서 입자내 세공확산이 속도지배단계인 것을 확인하였다. Gibbs 자유에너지 변화(ΔG = -3.262 ~ -7.581 kJ mol-1)와 엔탈피 변화(ΔH = 61.08 kJ mol-1)은 각각 흡착공정이 자발적 공정 및 흡열과정임을 나타내었다.

Abstract

The isotherm, kinetic, and thermodynamic parameters of reactive blue 4 adsorbed by activated carbon were investigated for activated carbon dose, pH, initial concentration, contact time, and temperature data. The adsorption of the RB 4 dye by activated carbon showed a concave shape in which the percentage of adsorption increased in both directions starting from pH 7. The isothermal adsorption data were applied to Langmuir, Freundlich, and Temkin isotherms. Both Freundlich and Langmuir isothermal adsorption models fit well. From determined Freundlich separation factor (1/n = 0.125 ~ 0.232) and Langmuir separation factor (RL = 1.53 ~ 1.59), adsorption of RB 4 by activated carbon could be employed as an effective treatment method. The constant related to the adsorption heat (BT = 2.147 ~ 2.562 J mol-1) of Temkin showed that this process was physical adsorption. From kinetic experiments, the adsorption process followed the pseudo second order model with good agreement. The results of the intraparticle diffusion model showed that the inclination of the first straight line representing the surface diffusion was smaller than that of the second straight line representing the intraparticle pore diffusion. Therefore, it was confirmed that intraparticle pore diffusion is the rate-controlling step. The negative Gibbs free energy change (ΔG = -3.262 ~ -7.581 kJ mol-1) and the positive enthalpy change (ΔH = 61.08 kJ mol-1) indicated the spontaneous and endothermic nature of the adsorption process, proving this process to be spontaneous and endothermic.

표 / 그림 (16)

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
활성탄
활성탄의 장점은 무엇인가?
코코넛 껍질, 유연탄, 톱밥, 대나무, 초본류 등 다양한 원료로부터 만들 수 있으며, 미세한 기공구조, 넓은 비표면적과 큰 흡착 용량의 독특한 특성을 가지고 있어 액체와 기체 정화 모두에서 가장 많이 이용되고 있다

흡착은 폐수로부터 색을 제거하는데 있어서 다양한 물질 제거에 효과적이며 2차 오염물질을 생성하지 않는다. 흡착제로는 활성탄, 점토(clay), 실리카, 제올라이트 등과 같은 물질들이 있으며, 흡착제들 중에서 활성탄은 코코넛 껍질, 유연탄, 톱밥, 대나무, 초본류 등 다양한 원료로부터 만들 수 있으며, 미세한 기공구조, 넓은 비표면적과 큰 흡착 용량의 독특한 특성을 가지고 있어 액체와 기체 정화 모두에서 가장 많이 이용되고 있다[1-3].

Reactive Blue 4 (RB 4)
Reactive Blue 4 (RB 4)의 장단점은 무엇인가?
광범위하게 사용되어지고 있으며, 높은 부착력과 여러 번의 세탁 후에도 색상이 망가지지 않고 화학적으로 안정한 특징으로 인해 셀룰로오스 섬유의 염색에 매우 중요하게 사용되어 왔다. 그러나 이 염료는 색깔뿐만 아니라 염료 및 염료의 분해 때문에 환경에 방출하는 것은 바람직하지 않으며, 독성을 가지고 있어 돌연변이 수생생물을 유발하기도 한다.

본 연구에서 사용된 Reactive Blue 4 (RB 4)는 안트라 퀴논계 염료로 푸른색 염료이다[4]. 광범위하게 사용되어지고 있으며, 높은 부착력과 여러 번의 세탁 후에도 색상이 망가지지 않고 화학적으로 안정한 특징으로 인해 셀룰로오스 섬유의 염색에 매우 중요하게 사용되어 왔다. 그러나 이 염료는 색깔뿐만 아니라 염료 및 염료의 분해 때문에 환경에 방출하는 것은 바람직하지 않으며, 독성을 가지고 있어 돌연변이 수생생물을 유발하기도 한다. 

흡착
흡착은 특징은?
폐수로부터 색을 제거하는데 있어서 다양한 물질 제거에 효과적이며 2차 오염물질을 생성하지 않는다

흡착은 폐수로부터 색을 제거하는데 있어서 다양한 물질 제거에 효과적이며 2차 오염물질을 생성하지 않는다. 흡착제로는 활성탄, 점토(clay), 실리카, 제올라이트 등과 같은 물질들이 있으며, 흡착제들 중에서 활성탄은 코코넛 껍질, 유연탄, 톱밥, 대나무, 초본류 등 다양한 원료로부터 만들 수 있으며, 미세한 기공구조, 넓은 비표면적과 큰 흡착 용량의 독특한 특성을 가지고 있어 액체와 기체 정화 모두에서 가장 많이 이용되고 있다[1-3].

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