초록 ▼

본 연구에서는 Al-점토광물을 활용하여 오염지하수 중에 존재하는 다양한 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 친환경 복합체를 개발하고, 이를 이용하여 복합오염물질 제거 시 제거 효율에 미치는 영향인자를 분석하였다.
납석은 grinding을 통해 입자크기를 0.15mm 이하로 분쇄하여 흡착능을 증진시켰고 4 log removal 이상의 바이러스 제거율, 약 1.26 log removal의 박테리아 제거율과 0.737 mg/g의 불소 흡착량을 나타내었다.
다양한 온도에서 납석을 열처리하여 불소 흡착능 변화를 살펴본 결과 40

본 연구에서는 Al-점토광물을 활용하여 오염지하수 중에 존재하는 다양한 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있는 친환경 복합체를 개발하고, 이를 이용하여 복합오염물질 제거 시 제거 효율에 미치는 영향인자를 분석하였다.
납석은 grinding을 통해 입자크기를 0.15mm 이하로 분쇄하여 흡착능을 증진시켰고 4 log removal 이상의 바이러스 제거율, 약 1.26 log removal의 박테리아 제거율과 0.737 mg/g의 불소 흡착량을 나타내었다.
다양한 온도에서 납석을 열처리하여 불소 흡착능 변화를 살펴본 결과 400℃로 열처리하였을 때 가장 높은 흡착량을 나타내었는데 이는 열처리에 의한 비표면적 증가 때문으로 나타났다. 600℃ 이상의 온도에서 열처리할 경우에는 비표면적의 증가에도 불구하고 흡착능이 감소하였는데, 이는 열처리과정에서 불소 흡착의 주된 역할을 하는 납석 성분이 사라졌기 때문이었다. 400℃로 열처리한 납석의 동역학적 실험결과, 불소의 흡착은 24시간 경과 후에 평형에 도달하였으며 평형 실험결과 불소의 최대 흡착능은 0.957 mg/g으로 나타났다. Mg/Al LDH는 300℃와 700℃로 열처리할 경우 각각 혼합금속산화물과 산화마그네슘으로 구조가 변화하고 비표면적이 증가하여 불소 흡착능이 증진되었으며, 700℃로 열처리한 Mg/Al LDH의 동역학적 및 평형 실험결과 12시간 경과 후 평형에 도달하여 91.401 mg/g의 최대 불소 흡착량을 나타내었다.
환경 조건 변화에 따른 오염물질 제거 특성을 살펴본 결과, 온도 조건 25-45℃ 범위에서 납석의 불소흡착 메커니즘은 흡열 반응을 나타냈으며 pH 4.0-9.0 범위에서는 pH의 영향을 거의 받지 않았다. 불소는 이온형태(F^-)로 존재할 때에 납석에 잘 흡착되는데 강한 산성 조건(pH 3)에서는 불소가 HF 형태로 다량존재함으로 인하여 불소흡착이 50% 정도 감소하였으며, 강한 염기성 조건(pH 11)에서도 NaOH의 첨가로 인하여 불소가 NaF의 형태로 다량 존재하여 불소 흡착능이 크게 감소하였다. 0.5-1 mM 농도 범위에서 Cl^-, NO₃^-와 같은 1가음이온은 납석의 불소 흡착에 미치는 영향이 거의 없었지만 2가음이온의 경우 SO₄^2-< HPO₄^2-< CO₃^2-의 순서로 흡착을 방해하는 것으로 나타났다. Ni/Al LDH는 5.5×10⁷ pfu/g 의 MS2 제거능을 나타냈으며 pH 4.3-9.4 범위에서 용액 pH의 영향을 거의 받지 않았다. 또한 SO₄^2-, CO₃^2-, HPO₄^2- 등의 2가음이온은 Ni/Al LDH의 바이러스 흡착을 방해하는 것으로 나타났다. 복합오염물질 상호간의 영향을 살펴보기 위하여 불소 농도에 따른 납석의 바이러스 제거능 변화를 관찰한 결과, 불소의 농도가 5 mg/L일 때와 10 mg/L일 때 MS2의 제거율은 각각 3.05 log removal, 2.54 log removal 로서 불소 이온이 존재하지 않는 경우(4.0 log removal)에 비하여 감소하였다.
동적인 흐름 조건에서 복합오염물질 제거 특성을 평가하기 위하여 칼럼 실험을 수행한 결과, 수중에서 납석은 표면이 양전하로 대전되어 음전하를 띄는 박테리아 사이의 전기적 인력에 의해 효과적으로 박테리아를 제거하는 것으로 나타났는데 0.3 mL/min의 유량 조건에서 NaHCO₃ 농도가 0.1 mM에서 10 mM로 증가하여도 표면이 양전하로 유지되어 1.22-1.52 log removal의 제거율을 나타내었다. 또한 5 mg/L의 불소 이온이 동시에 존재하는 경우 납석의 MS2 흡착량은 4.70×10⁶ pfu/g으로 불소 이온이 존재하지 않는경우에 비하여 감소하였다.
Chitosan을 지지체로 하여 납석을 함유한 친환경 복합체를 제조하여 칼럼 실험을 수행한 결과 복합체의 해체나 swelling 등의 문제는 발생하지 않았으며 0.073 mg/g의 불소 흡착량을 나타내었다. Alginate를 지지체로 하고 iron oxide와 300℃에서 열처리된 Mg/Al LDH를 함유한 복합체는 phosphate 및 Cr(VI)에 대하여 각각 57.18 mg/g과 11.15 mg/g의 최대 흡착량을 나타내었다. Iron oxide/납석-Chitosan 복합체를 제조하여 반응조 실험을 실시한 결과 0.253 mg/g의 불소 흡착량을 나타내었으며, 회수된 복합체는 불소탈착 후 재이용하였을 때 0.219 mg/g의 흡착량을 나타내었다.
본 연구 결과를 통해서 납석은 불소, 중금속, 박테리아 및 바이러스 등의 제거 흡착제로서 효과적임을 알 수 있었다. 또한 납석이 함유된 유-무기 복합체는 공정의 복잡성, 원재료의 비경제성 등 기존 환경소재의 단점을 보완하였으며 유동상의 여과 시스템에서 효과적인 흡착 여재로 사용될 수 있음을 확인할 수 있었다. 본 연구는 수처리 분야에서 국내산 납석과 오염물질 상호작용에 관한 기초 자료를 제공하여 Al-점토광물 및 그 복합체에 의한 오염물질 제어와 관련된 후속 연구 활성화에 기여할 수 있을 것으로 기대되며, 친환경 여재로서 오염지하수 처리에 중요한 역할을 할 것이다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목 차 ... 3
• Ⅰ. 연구결과 요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 7
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 7
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 8
• Ⅲ. 연구성과 ... 9