별 불가사리(Asterina pectinifera) 바이오차를 이용한 오염된 수용액 내 Cu, Zn, Pb, Cd 수착(Sorption) 능력 평가 (Sorption of Cu, Zn, Pb and Cd from a Contaminated Aqueous Solution Using Starfish (Asterina pectinifera ) Derived Biochar)

서지정보

· 발행기관 : 대한환경공학회
· 수록지 정보 : 대한환경공학회지 / 43권 / 4호 / 274 ~ 285페이지
· 저자명 : 장하린, 전한결, 문덕현

초록

목적: 중금속 오염 및 축적은 인간과 동물의 건강에 해로운 영향을 주며, 전 세계적으로 심각한 문제이다. 현재 오염 폐수 처리를 위해 다양한 기술이 사용되어왔으며, 그중 흡착은 경제적으로 가장 흔히 알려진 기술로서, 많은 연구자들은 비용 면에서 효과적이며 쉽게 이용 가능한 흡착제를 찾기 위해 많은 노력을 하고 있다. 이에 본 연구는별 불가사리(Asterina pectinifera, SF)를 바이오차로 제조하여 여러 기기분석을 통해 물리적 특성과 표면 특성을 평가하였으며, 이후 batch 실험을 진행하여 흡착 능력을 평가하였다.
방법: 별 불가사리(Asterina pectinifera, SF)를 밀폐전기로에서 아르곤 가스 100 cc/min를 주입(무산소 조건)하면서승온온도 7℃/min로 500℃까지 도달시킨 후, 2시간 동안 열분해시켜 바이오차(Pyrolyzed Starfish at 500℃, PSF500)로 제조하였다. 이후, SEM, TGA, XRD, 중금속분석, FT-IR 분석을 통해 표면의 특성을 평가하였으며, 중금속 오염 폐수를 이용한 batch 실험을 통해 PSF500의 최적흡착조건 및 모델을 도출하였다.
결과 및 토의 : PSF500은 XRD분석을 통해 CaCO3, Ca(OH)2, CaO의 형태임을 확인하였으며, 흡착에 영향을 주는 다양한 작용기 및 표면에 다량의 공극이 형성됨을 관찰하였다. batch 실험 결과, 최대 흡착량은 153.8, 270.3, 434.8, and 147.1 mg/g (Cu, Zn, Pb, Cd)이었으며, 각 중금속 모두 무기 오염물질 분석에 가장 적합한 모델인 유사2차방정식과 Langmuir 모델에 부합함을 확인하였다. 흡착 실험 후, PSF500의 잔여물을 이용하여 XRD와 SEM 분석을 진행하였으며, 이에 각 중금속은 CuO, Zn5(CO3)2(OH)6, Pb3(OH)2(CO3)2, Cd(OH)2 및 CdCO3 형태로 표면에 침전된것을 확인하였다.
결론: 본 연구에서는 PSF500이 중금속에 대하여 흡착 및 침전의 복합적인 메커니즘을 따르는 것을 확인하였으며, 이에 PSF500은 CaCO3를 주성분으로 한 천연폐자원으로서 친환경적인 수착제로 이용 가능할 것으로 보인다.

영어초록

Objectives : Heavy metal contamination and accumulation have a harmful effect on the health of humans and animals and are serious problems worldwide. Currently, various technologies have been used for the treatment of contaminated wastewater, of which adsorption is the most commonly known and economically feasible technology.
Many researchers are making attempts to find an effective and easily available adsorbent in terms of cost. In this study, starfish (Asterina pectinifera, SF) derived biochar was prepared and its characteristics were evaluated through various device analyses. After the biochar evaluation, the adsorption capacity was evaluated by conducting batch experiments.
Methods : Biochar (Pyrolyzed Starfish at 500℃, PSF500) was produced by pyrolysis at 500℃ for 2 h in anaerobic conditions. Moreover, the characteristics of the surface were evaluated through SEM, TGA, XRD, elemental analysis and FT-IR analysis. In addition, batch experiments using heavy metal contaminated wastewater were conducted.
Result and Discussion : In PSF500, CaCO3, Ca(OH)2 and CaCO3 were identified as the main phases by XRD analyses and various functional groups and pores that affect adsorption were observed on the surface of the sample.
The batch experiment confirmed that the maximum adsorption was 153.8, 270.3, 434.8, and 147.1 mg/g for Cu, Zn, Pb and Cd, respectively. Also, it was confirmed that all heavy metals fit the similar Pseudo-second-order kinetic model and Langmuir model, which are the most suitable models for analyses of inorganic pollutants. After the sorption experiment, XRD and SEM analyses were conducted using the residue of PSF500, and in each sample CuO, Zn5(CO3)2(OH)6, Pb3(OH)2(CO3)2, Cd(OH)2 and CdCO3 were confirmed to be deposited on the surface of the sample.
Conclusions : It was confirmed that PSF500 follows the complex mechanism of adsorption and precipitation with respect to heavy metals. Based on the experimental results, PSF500 could be used as an eco-friendly sorbent with CaCO3 as its main ingredient.

참고자료

· 없음