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- 저자 : 전한결(Han-Gyeol Jeon) (검색결과 4 건)
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별 불가사리(Asterina pectinifera) 바이오차의 수용액 내 중금속(Pb, Cu, Zn, Cd) 흡착특성 및 적용성 평가
전한결(Han Gyeol Jeon),정경훈(Kyung Hoon Cheong),이재욱(Jae-Wook Lee),이정수(Jung-Soo Lee),문덕현(Deok Hyun Moon) 대한환경공학회 2020 대한환경공학회지 Vol.42 No.5
목적 : 중금속은 수계에 유출 시 다양한 생물체에 영향을 미치며 최종적으로 인체 내에 축적되어 지속적인 건강손상을 초래한다. 이에 많은 중금속 처리법이 개발되었으나 처리비용 및 비환경적 문제에 따라 이를 보완하는 연구가 필요한 실정이다. 따라서 본 연구는 국내에 서식하는 불가사리(Asterina pectinifera, SF)를 이용해 바이오차를 제조한 후 분석 장비를 이용한 정성, 정량적 특성평가 및 Batch-Test를 통해 수용액 내 중금속의 처리 적용성을 판단하였다. 방법 : 불가사리를 무산소 조건에서 7℃/min로 승온온도를 조절하여 300℃로 2시간 유지시켜 바이오차(NACSF)를 제조한 후 특성평가를 위해 XRD, XRF, FT-IR, SEM-EDX, 원소분석기 등을 사용했으며, NACSF의 중금속별 Batch-Test 후 용액을 ICP-OES로 농도분석을 통하여 처리 특성을 평가하였다. 결과 및 토의 : SF와 NACSF의 특성평가 결과 탄소와 CaCO₃가 주성분임을 확인하였으며 Pb, Cu, Zn, Cd 각각 10mg/L의 중금속 폐수를 제조하여 NACSF를 적용한 결과 흡착량은 Pb ≫Cu > Zn ≥Cd 순을 따르는 것으로 확인되었으며, 흡착등온식은 Langmuir 모델에 적합하였다. 또한 CaCO₃에 의한 알칼리도 상승으로 모든 실험구에서 pH는 7~8 로 측정되었다. 결론 : NACSF는 Pb으로 오염된 수용액에 가장 적합한 것으로 보였으며 알칼리도로 인한 pH중화 효과로 흡착과 침전이 상호적으로 일어난 것으로 판단된다. 따라서 NACSF는 경제적이며 친환경적으로 다양한 영역에서 활용될 것으로 예상된다. Objectives : Heavy metals caused by industrialization have affected human society for several decades. Because of their toxicity for humans, lots of heavy metal treatments have been developed. However, many of those treatments have economic considerations and environmental disadvantages. This work explored an experimental assessment of adsorption of heavy metals using starfish (SF) biochar through quantitative and qualitative characterization and batch-tests. Methods : Biochar (NACSF) was produced at 300℃ for 2 h in anaerobic conditions. The NACSF was characterized with XRD, XRF, FT-IR, SEM-EDX and elemental analyses. Moreover, batch-tests for each heavy metal using NACSF were conducted with ICP-OES analyses in order to evaluate the adsorption characteristics. Results and Discussion : Based on the characterization results, the NACSF consisted of carbon and CaCO₃ mainly. The adsorption rates of Pb, Cu, Zn and Cd decreased in the following order: Pb ≫Cu > Zn ≥Cd. Moreover, the Langmuir equation fit all adsorption data better than the Freundlich equation. Also, due to the alkalinity of NACSF, the measured pH values of all experimental groups were approximately 7~8. Conclusions : The NACSF treatment was the most effective for Pb removal and it was determined that precipitation and surface adsorption were the most likely mechanisms for Pb removal. Thus, NACSF derived from starfish could be an cost-effective and eco-friendly treatment for heavy metal contaminated wastewater.
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별 불가사리(Asterina pectinifera) 바이오차를 이용한 오염된 수용액 내 Cu, Zn, Pb, Cd 수착(Sorption) 능력 평가
장하린(Ha Rin Jang),전한결(Han Gyeol Jeon),문덕현(Deok Hyun Moon) 대한환경공학회 2021 대한환경공학회지 Vol.43 No.4
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 연구는 별 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 ㏄/min를 주입(무산소 조건)하면서 승온온도 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 ㎎/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 침전된 것을 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. 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 ㎎/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.
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