중금속 흡착을 위한 원위치 피복소재로서 천연제올라이트의 양이온교환용량에 따른 적용성 평가

강구(Ku Kang),신원호(Weon-Ho Shin),홍성구(Seong-Gu Hong),김영기(Young-Kee Kim),박성직(Seong-Jik Park) 大韓環境工學會 2017 대한환경공학회지 Vol.39 No.2

본 연구에서는 오염퇴적물의 원위치 피복을 위한 소재의 적용성 평가를 위해 양이온교환용량이 다른 제올라이트의 중금속 흡착특성을 평가하였다. 실험을 위해 양이온교환용량이 높은 제올라이트(HCzeo, 163.74 cmol/kg), 중간 값의 양이온교 환용량의 제올라이트(MCzeo, 127.20 cmol/kg), 양이온교환용량이 낮은 제올라이트(LCzeo, 70.62 cmol/kg)를 사용하였다. 비표면적을 측정한 결과 HCzeo (59.43 m²/g) > MCzeo (52.10 m²/g) > LCzeo (10.12 m²/g)순으로 높은 결과를 나타내었다. 광물학적 조성 분석을 위해 XRD 측정결과 LCzeo는 quartz와 albite로 구성되었고 MCzeo와 HCzeo의 구성광물은 quartz, albite와 더불어 clinoptilolite, heulandite, mordenite도 측정되었다. HCzeo, MCzeo, LCzeo를 이용한 Cd, Cu, Ni, Zn의 동역학적 흡착실험 결과 실험 6시간대에 흡착 평형에 도달하였다. 평형흡착실험 결과 Cd과 Zn의 흡착은 제올라이트의 양이온교환용량에 따라 증가하였지만 Cu와 Ni의 흡착은 양이온교환용량에 따라 증가하는 경향을 보이지 않았다. 이에 따라 오염퇴적물의 원위치 피복적용에 있어 Cd과 Zn으로 오염된 지역은 양이온교환용량이 높은 제올라이트의 피복적용이 효과적이지만 Cu와 Ni로 오염된 지역의 경우 가격이 저렴한 양이온교환용량이 낮은 제올라이트를 적용하여도 무방할 것으로 판단된다. We investigated the efficiency of natural zeolite with different cation exchange capacity (CEC) as capping material for the remediation of marine sediments contaminated with heavy metals. Three different zeolite with high CEC (HCzeo, 163.74 cmolc/kg), medium CEC (MCzeo, 127.20 cmolc/kg), and low CEC (LCzeo, 70.62 cmolc/kg) were used. The surface area of the zeolite was in decreasing order: HCzeo (59.43 m²/g) > MCzeo (52.10 m²/g) > LCzeo (10.12 m²/g). The results of mineralogical composition obtained from X-ray diffraction (XRD) show that LCzeo was mainly composed of quartz and albite. In the XRD result of MCzeo and HCzeo, the peaks of clinoptilolite, heulandite, and mordenite were also observed along with that of quartz and albite. Sorption equilibrium onto the HCzeo, MCzeo, and LCzeo was reached in 6 h at initial concentration of 10 mg/L and 100 mg/L. Higher adsorption of Cd and Zn onto the zeolite with higher CEC were achieved but adsorption of Cu and Ni were not dependent on the CEC of zeolite. It can be concluded that the zeolite with high cation exchange ability is recommended for the contaminated sediments with Cd and Zn but the inexpensive zeolite with low CEC for Cu and Ni.

이산화탄소 압력순환흡착을 위한 칼슘 이온교환 Y 제올라이트의 작업용량과 선택계수 향상

김문현(Moon Hyeon Kim) 한국청정기술학회 2018 청정기술 Vol.24 No.1

25 ℃에서 CO₂ 흡착을 위한 작업용량과 CO₂/CO 선택계수를 현저하게 향상시키기 위하여 서로 다른 전하와 이온반경을 갖는 Na+, Li+, Ca<SUP>2+</SUP>와 Cu2+로 이온교환된 Y 제올라이트들이 연구되었다. 매우 소량인 0.012% Ca<SUP>2+</SUP>로 이온교환된 NaY는 7회의 반복적인 CO₂ 흡착/탈착 싸이클 동안에도 완전히 가역적이었으므로 기존에 보고된 것들과는 달리 표면에 카보네이트는 생성되지 않는 것으로 생각된다. 4 bar 이상에서 2.00% CaY, 1.60% CuY와 1.87% LiY 모두 NaY와 매우 유사한 CO₂ 흡착성능을 보였다할지라도 그보다 낮은 압력에서는 이들의 흡착능은 감소하였고 그 정도는 금속이온들의 종류에 의존하였다. 0.5 ~ 2.5 bar에서 CO₂ 흡착성능은 NaY > 1.60% CuY > 2.00% CaY > 1.87% LiY의 순으로 나타났는데, 이들 모두 동일한 faujasite 골격과 약 2.6의 Si/Al 비율을 가지므로 골격, 골격조성, 유효세공크기와 채널구조에 있어서 차이는 없기 때문에 약한 루이스산의 특성을 갖는 CO₂의 구별되는 흡착거동은 이온교환에 따른 국부염기도와 흡착 포텐셜 에너지의 변화 때문일 것이다. CO₂ 흡착과는 다른 경향성이 CO 흡착에서 나타났고 이는 보다 약한 사극자 상호작용 때문이다. 0.012 ~ 5.23% Ca 함량을 갖는 Y 제올라이트에 CO₂와 CO 흡착 시 Ca 함량에 따른 현저한 의존성이 존재하였는데 0.05% 이하에서 CO₂ 흡착능은 증가한 반면에 그 이상에서는 감소하였다. 이러한 경향에도 불구하고 Ca 함량의 증가와 함께 작업용량과 CO₂/CO 선택계수는 현저히 증가하였고, 5.23% CaY의 경우 작업용량은 2.37 mmol g-1, 선택계수는 4.37이었는데 본 연구에서 얻어진 작업용량은 문헌에 보고된 벤치마크와 유사한 수준이었다. Y zeolites with different extra-framework cations, such as Na+, Li+, Ca<SUP>2+</SUP>, and Cu<SUP>2+</SUP>, with different charge and ionic radius have been investigated to greatly enhance a working capacity (W) of CO₂ adsorption at 25 ℃ and a CO₂/CO selectivity factor (S). A sample of NaY with a very small amount of 0.012% Ca<SUP>2+</SUP> was fully reversible for seven times repeated CO₂ adsorption/desorption cycles, thereby forming no surface carbonates unlikely earlier reports. Although at pressures above 4 bar, 2.00% CaY, 1.60% CuY and 1.87% LiY all showed a CO₂ adsorption very similar to that measured for NaY, they gave a significant decrease in the adsorption at lower pressures, depending on the metal ion. At 0.5 ~ 2.5 bar, the extent of CO₂ adsorption was in the order NaY > 1.60% CuY > 2.00% CaY > 1.87% LiY. All the Na+-based metals-exchanged zeolites have a FAU (faujasite) framework and a Si/Al value near 2.6; thus, there is no discernible difference in the framework topology, framework chemical compositions, effective aperture size, and channel structure between the zeolite samples. Therefore, the distinctive behavior in the adsorption of CO₂ with a character as a weak Lewis acid is associated with the site basicity of the zeolites, and the interaction potentials of thecations. Different trend was shown for a CO adsorption due to weaker quadrupole interactions. Adsorption of CO₂ and CO on samples of CaY with 0.012 to 5.23% Ca disclosed a significant dependence on the Ca loading. The CO₂ adsorption increased when the cation exists up to ca. 0.05%, while it decreased at higher Ca amounts. However, values for both W and S could greatly increase as the bare zeolite is enriched by Ca<SUP>2+</SUP> ions. The 5.23% CaY had W = 2.37 mmol g-1 and S = 4.37, and the former value was comparable to a benchmark reported in the literature.

폴리머 흡착제를 코팅한 열교환기를 적용한 흡착식 칠러의 성능 실험

김태현(Tae-Hyun Kim),이대영(Dae-Young Lee),장영수(Young Soo Chang) 대한설비공학회 2020 설비공학 논문집 Vol.32 No.2

Adsorption refrigeration technology has an advantage of providing efficient cooling with the heat supplied from the community energy supply system including the feed water of the district heating system, industrial waste heat, and others. In this study, the adsorption chiller was developed using the flat-tube type heat exchanger coated with SAP (super absorbent polymer) to enhance heat and mass transfer performance during the adsorption and desorption processes. System performance such as SCP (mass specific cooling power) and COP were measured according to the cycle period and various secondary fluid temperatures. It was found that the developed chiller has SCP of 0.38 to 0.44 kW/kg and COP of 0.29 to 0.52 in the range of 14-70 minutes of the cycle period. As the temperature of the cooling water supplied to the condenser increases, the SCP and COP lowered because of the decrease in the refrigerant desorption. As the temperature of cooling water for adsorber increased, the SCP tended to lower by the decrease in adsorption capacity, but the COP decreased slightly because the heating capacity also decreased.

인 제거를 위한 코팅 발포질석 적용 가능성 연구

김석구(Seogku Kim),이태윤(Taeyoon Lee) 한국지반환경공학회 2014 한국지반환경공학회논문집 Vol.15 No.12

본 연구에서는 발포질석을 글리세롤로 코팅하여 인에 대한 흡착력을 높인 발포질석 흡착제 제조 및 인 제거능력을 평가하였다. 발포질석과 4 mol%의 황산을 포함한 글리세롤을 1:4 비율로 혼합 후 380, 580, 780 ℃로 가열하여 다공성 탄소층을 발포질석표면에 부착하였다. 380 ℃로 가열한 질석의 경우 비표면적인 53.1 m2/g을 나타내었으며, TGA 분석을 통해 탄소성분의 산화로 인한 질량손실이 가장 큰 것으로 분석되었다. 380 ℃로 제조된 코팅 발포질석을 이용한 수용액 속의 인 제거를 흡착모델에 적용해보니 Langmuir 모델에 더 적합하며 여기로부터 구한 최대제거량은 710.3 mg/kg으로 기존 점토광물을 이용한 인 흡착연구결과보다 더 흡착용량이 뛰어난 것을 알 수 있었다. In this study, exfoliated vermiculite (EV) coated with glycerol was tested for its abiility to remove phosphorus in aqueous solution. The glycerol modified vermiculite (GS) was prepared with EV/glycerol ratio of 1/4 where glycerol contained 4 mol% H2SO4 and heated until designated temperature. GS heated at 380 ℃ showed that the specific surface area was 53.1 m2/g and mass loss due to oxidation of carbon was maximum from TGA analysis. Removal of phosphorus using GS heated at 380 ℃ was well explained by Langmuir isotherm model and maximum sorption capacity of 710.3 mg/kg is comparable or greater than those of other clay orignated sorbents for phosphorus.

1P-719 탄소전극의 두께가 축전식 탈염의 탈염성능에 미치는 영향

박수경,최재환 한국공업화학회 2017 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2017 No.1

축전식 탈염(CDI) 장치에서 탄소전극의 두께(50 - 500 μm)에 따른 흡착용량(SAC)과 흡착속도 등을 분석하여 CDI 운전에 적합한 탄소전극의 두께를 도출하였다. 셀 전위 1.0 V에서 전극 두께가 50에서 500 μm로 증가함에 따라 SAC는 25.1에서 13.8 mg/g로 크게 감소한 반면, SAC의 90%를 흡착하는데 걸리는 시간(t0.9SAC)은 약 8배 정도 증가했다. SAC와 흡착속도 측면에서 탄소전극의 두께는 얇을수록 전극층의 전기저항이 감소하고 흡착되는 이온의 이동경로가 짧아져 탈염성능에 유리함을 알 수 있었다. 그러나 실제 CDI의 운전과정에서 흡착 및 탈착 주기를 고려했을 때 전극의 두께는 200-250 μm가 적합한 것으로 판단되었다.

회분식 반응기와 마그네타이트를 이용한 인흡착 및 회수

배세화 ( Bae Sehwa ),김예은 ( Kim Yeeun ),무하마드카시프샤히드 ( Muhammad Kashif Shahid ),최영균 ( Choi Younggyun ) 한국물환경학회 2023 공동춘계 학술발표회 논문집 Vol.2023 No.0

점토광물에 의한 중금속 흡착 특성

문정호(Jeong Ho Moon),김태진(Tae Jin Kim),최충호(Choong Ho Choi),김철규(Cheol Gyu Kim) 大韓環境工學會 2006 대한환경공학회지 Vol.28 No.7

마그네타이트를 첨가한 연속 회분식 반응기 자동운전을 통한 인 흡착 및 회수 연구

김예은 ( Kim Yeeun ),정유태 ( Jeong Yutae ),정소희 ( Jeong Sohee ),최영균 ( Choi Younggyn ) 한국물환경학회 2024 한국물환경학회·대한상하수도학회 공동 춘계학술발표회 Vol.2024 No.-

1P-659 축전식 탈염 장치에서 셀 구조에 따른 탈염성능 연구

김나현,유석준,최재환 한국공업화학회 2017 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2017 No.1

탄소전극(CDI), 음이온막과 탄소전극(ACDI), 양이온막과 탄소전극(CCDI), 양/음이온막과 탄소전극(MCDI)으로 구성된 네 종류의 축전식 탈염용 셀을 제작하여 탈염성능을 비교하였다. 각각의 셀에 대해 셀 전위를 0.6-1.4 V로 변화시켜 탈염실험을 진행하면서 유출수의 농도와 pH 변화를 측정하여 흡착용량(SAC)과 전극반응을 해석하였다. CDI는 전극반응이 일어나지 않는 낮은 전위에서 운전하지만 탄소입자 표면의 작용기나 용존산소는 낮은 전위에서도 전극반응을 일으켜 탈염성능을 저하시키는 요인으로 작용한다. 그 결과 SAC와 전하효율은 MCDI>CCDI>ACDI>CDI 셀의 순으로 나타났다. CDI 공정에서 탈염성능을 향상시키기 위해서는 전극반응을 억제하면서 이온선택성을 갖는 탄소전극의 개발이 시급한 것으로 판단된다.

축전식 탈염 시스템의 안정적인 운전을 위한 최대허용전하

신아름,이진호,최재환 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.0

셀 전위 대신 셀에 공급하는 총 전하(TC)를 조절함으로써 전극반응 없이 축전식 탈염(MCDI) 셀을 운전할 수 있는 방법을 연구하였다. 전극반응이 시작될 때 탄소전극에 공급된 총 전하를 측정하였고 이를 최대허용전하(MAC)로 정의하였다. 그리고 흡착과정에서 TC를 변화시키면서 MCDI 실험을 진행하면서 탈염성능을 분석하였다. MAC 보다 낮은 TC에서 운전한 결과 흡착-탈착 사이클을 20회 반복하는 동안 유출수의 pH와 농도변화가 일정하여 전극반응이 일어나지 않음을 확인하였다. 반면 MAC 이상의 TC에서 운전한 결과 전극반응으로 인해 사이클이 반복되면서 유출수의 pH와 농도가 지속적으로 변하였고 탈염성능이 저하되었다. 이를 통해 MCDI 셀에 공급되는 TC를 조절함으로써 간편하게 전극반응을 제어할 수 있음을 확인하였다. TC를 이용한 MCDI의 운전 기술은 전극반응에 대한 안정성을 높임으로써 MCDI의 실용화를 앞당기는데 큰 기여를 할 것으로 기대된다.