음이온 교환 수지 종류에 따른 과불화화합물 9종의 제거 특성

손희종; 안병렬; 신정우

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자료유형: 학술저널

저자정보: 손희종 (부산광역시) 안병렬 (상명대학교) 신정우 (상명대학교)

저널정보: 대한환경공학회 대한환경공학회지 대한환경공학회지 제46권 제12호

발행연도: 2024.12

수록면: 783 - 791 (9page)

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목적 : 본 연구에서는 matrix가 다른 상업용 AIX 2종(IRA900, A860)과 Cu 표면 개질 AIX의 PFAS 9종에 대한 제거 특성을 비교하였다.
방법 : 상업용 AIX 2종(IRA900, A860)과 1%의 CuCl₂·2H₂O 용액으로 IRA900-Cu와 A860-Cu를 합성하였다. Matrix 차이와 표면 개질에 따른 표면 특성 변화 확인을 위하여 SEM-EDS와 Cu<sup>2+</sup> 용출 실험을 수행하였다. 제거효율, pH영향 실험(pH 4.0-8.5 조건), 등온 흡착 실험(Langmuir, Freudlich)을 진행하였다.
결과 및 토의 : SEM-EDS 결과에서 A860(polyacrylic)의 (O+N)/C 값은 IRA900(polystyrene)보다 2.57배 높았으며, 이는 A860이 IRA900보다 친수성이 높음을 의미한다. 또한, 표면 개질 후에 Cu와 Cl을 포함한 표면 특성에 큰 변화는 없었다. PFAS 9종의 총 제거량은 IRA900이 A860보다 2.21배 높았으며, 이는 IRA900이 소수성이 높기 때문이다. IRA900의 단사슬 PFAS(PFBA, PFPeA)를 제외하고, 표면의 적은 Cu로 인하여 AIX의 표면 개질 효과는 명확하지 않았다. IRA900과 IRA900-Cu는 pH에 의한 제거량 변화가 없었지만, A860은 상대적으로 낮은 염기성과 친수성 matrix로 인하여 pH 7.0과 8.5에서 급격하게 감소하였다. Langmuir와 Freundlich 등온 흡착 모델에서 IRA900의 총 제거량과 KF의 합은 A860보다 2.97, 16.7배 높았다. 또한, PFAS 제거량은 동일 사슬 길이에서 PFSA가 PFCA보다 높았으며, 사슬 길이가 길어질수록 제거량도 증가하였다.
결론 : IRA900의 높은 소수성은 PFAS 종에 상관없이 제거에 주요 역할을 하였으며, 염기성 pH 조건의 영향을 적게 받는 것으로 나타났다.

Objectives : This study aims to compare the removal characteristics of nine PFAS species using two commercial anion exchanges(AIXs) with different matrices and their Cu-modified derivatives.
Methods : IRA900-Cu and A860-Cu were synthesized from two commercial AIXs(IRA900 and A860) using a 1% CuCl₂·2H₂O solution. SEM-EDS analysis and Cu<sup>2+</sup> extraction experiments were conducted to evaluate surface characteristics under different matrices and their modification. Batch removal tests, pH effect tests ranging from 4 to 8.5, and isotherm tests(Langmuir and Freundlich) were performed.
Results and Discussion : According to SEM-EDS analysis, the (O+N)/C ratio for A860(polyacrylic) was found to be 2.57 times higher than that of IRA900(polystyrene), indicating A860 is more hydrophilic than IRA900. In addition, no significant changes in surface properties, including Cu and Cl elements, were observed after modification. The total uptake of the nine PFAS species by IRA900 was 2.21 times higher than that of A860, due to the greater hydrophobicity of IRA900. The effect of Cu modification on both AIXs was not significant due to the low amount of Cu on the surface, except for the short-chain species(PFBA and PFPeA) in IRA900. While the total uptake was not influenced by pH in IRA900 and IRA900-Cu, it decreased rapidly in A860 at pH 7.0 and 8.5, likely due to its relatively low basicity and hydrophilic matrix. Based on Langmuir and Freundlich isotherm models, the total uptake and KF for IRA900 were 2.97 and 16.7 times higher than those of A860, respectively. Comparing the uptake for each species, higher capacity was generally observed for sulfonic functional groups(PFSA) than for carboxylic functional groups (PFCA) at the same chain length, and the capacity increased with increasing chain length.
Conclusion : Higher hydrophobicity of IRA900 plays a key role in PFAS adsorption, regardless of the species, and is less sensitive to basic solution conditions.

#Ion exchange #Per-and poly-fluoroalkyl substances(PFAS) #Hydrophobicity #Isotherm #Surface modification #이온 교환 #과불화화합물 #소수성 #등온 흡착 #표면 개질

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