나노카본을 첨착한 alginate bead를 이용한 유해중금속의 흡착 제거 연구

국문 초록 (Abstract)

최근 국내외 수질오염문제는 산업, 경제, 사회적으로 큰 이슈가 되고 있으며, 행복한 삶의 추구와도 관련되는 생존의 문제이다. 경제적으로 풍족해지고 생활환경이 개선될수록 깨끗한 물에 대한 관심은 더욱 증가하게 되며, 이러한 상황에 맞추어 생활하수뿐만 아니라 산업폐수의 수질기준은 점차적으로 강화되고 있으며 더욱 심화된 처리시스템의 개발이 필요한 실정이다. 중금속은 비록 미량일지라도 생태계의 먹이사슬을 통해 인체 내에 유입되면, 배출되지 않고 계속 축적되기 때문에 인체 내의 생리 작용에 여러 가지의 악영향을 미친다. 종래에는 하천수, 지하수 및 폐수에 존재하는 중금속의 제거를 위해, 화학적 침전법, 이온교환 수지 및 분리막을 이용한 제거법 등이 제시되었다, 그러나, 화학적 침전법을 이용하는 경우에는 중금속 제거 처리 후에 발생하는 많은 양의 슬러지가 2차 오염물질로 작용하고, 저농도의 중금속을 완전히 제거하지 못하는 문제점이 있다. 또한, 이온교환 수지나 분리막을 이용한 제거법은 고형의 오염물질을 다량 함유하는 오염수의 처리가 어렵고, 비용이 많이 드는 문제점이 있다. 본 연구에서는 환경적으로 무해하며 화학/생물학적으로 안정한 다공성 물질의 한 종류인 alginate bead 기공내에 유/무기오염물질 제거에 탁월한 효과가 있는 나노카본을 첨착하여 중금속 제거에 효과적인 흡착제를 개발하였다. 개발된 흡착제를 이용하여 코발트 [Co(II)] 및 망간 [Mn(II)]에 대한 회분식 실험을 수행한 결과, 초기 4시간 안에 전체의 약 85%의 코발트 및 망간이 빠르게 흡착되었으며, 최대흡착량은 각각 78 및 89.5 mg/g으로 나타났다. 이는 현재 상용화고 있는 탄소나노튜브, 활성탄 등과 비교하여 월등히 높은 제거 효율을 나타낸 것으로 판단된다. 또한 제조된 흡착제의 재사용 여부를 판단하기 위하여 0.1 N HCl을 이용하여 흡/탈착을 5회 동안 연속적으로 수행하였다. 연속적인 재사용 실험 결과, 첫번째 코발트 및 망간의 회수 효율은 각각 99.2와 99.3%로 나타났으며, 5번째 회수 효율은 각각 96.7과 97.8%로 나타났다. 이는 약 2-3%의 아주 적은 회수 효율 저하가 발생한 것으로 판단된다. 따라서 본 연구를 통해 개발된 흡착제는 중금속 흡착에 탁월한 효과를 나타낼 뿐만 아니라 중금속 폐수의 처리시 발생하는 비용을 절감할 수 있을 것으로 판단된다.