오렌지껍질 및 적니의 공동-열분해를 통한 금속-탄소 복합체 제조 및 이를 활용한 비소(V) 및 니켈(II)의 동시 처리 = Simultaneous Treatment of As(V) and Ni(II) using Metal-Carbon Composites Fabricated via Co-pyrolysis of Orange Peel and Red Mud

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 N₂와 CO₂ 환경에서 산업폐기물인 적니와 음식물 쓰레기인 오렌지 껍질의 열분해를 통해 금속-탄소 복합체(N₂C 및 CO₂C)를 새롭게 제조하였다. 이 복합체의 제조 과정 중 합성가스(syngas) 발생량을 비교하였으며, 제조된 복합체를 활용하여 비소(V)와 니켈(II)의 공동-흡착 실험을 수행하였다. 열분해 과정 중 발생한 합성가스는 N₂ 환경보다 CO₂ 환경에서 더 많은 CO를 발생시킬 수 있다는 이점을 확인하였다. 또한, 제조된 복합체의 특성분석(Fe-SEM 및 BET, XRD, FT-IR) 결과, 두 종류의 복합체의 형상은 큰 차이가 없었지만, 적니 내의 철(Fe)상이 변한 것을 확인하였다(적니: Fe₂O₃, N₂C: Fe₃O₄ 및 Fe⁰, CO₂C: Fe₃O₄). 흡착 실험의 경우 공동-흡착량과 비교하기 위해 비소(V)와 니켈(II)의 단일 흡착 실험도 함께 수행하였다. 단일 흡착 결과, 두 복합체의 흡착능은 유사했으며(N₂C - As(V): 7.5 mg g^-1, Ni(II): 16.2 mg g^-1, CO₂C - 비소(V): 5.6 mg g^-1, 니켈(II): 15.1 mg g^-1), 공동-흡착도 두 복합체의 흡착량은 유사했다. 하지만, 단일 흡착보다 공동-흡착에서 더 향상된 흡착능을 보여주었다. 예를 들어, CO₂C의 경우 13.4 mg g^-1 비소(V)와 17.6 mg g^-1 니켈(II)의 흡착능이 관찰되었다. 이는 니켈(II)와 비소(V)가 복합화(complexation)에 의해 추가적인 제거가 일어난 것으로 추정된다. 따라서 본 연구의 전반적인 결과를 통해 CO₂ 열분해는 폐기물을 효율적인 환경 매체로 전환할 수 있는 실행 가능한 플랫폼을 제공할 수 있으며, CO₂ 열분해를 통해 제조된 복합체는 폐수 처리에서 실용적으로 큰 의미를 갖는 양이온성 및 음이온성 중금속을 동시에 처리 가능하다는 것을 증명하였다.