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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김영희
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 호서대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수34
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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국내 여러 연구조사에 따르면 농약 잔류물, 비료 성분 유입, 토양 오염 등으로 농촌 지역의 지하수 오염이 심각하며, 이에 따라 발견되는 대표적인 중금속 오염 물질로는 납, 카드뮴, 구리, 철, 망간 그리고 비소 등이 제시되고 있으며 이들 물질들은 높은 농도로 토양 및 암반에 잔류하고 있어 용출에 의한 주변 확산 가능성이 높은 것을 알려져 있다. 본 연구는 접목중합 개질기술을 적용한 천연광물의 양극성 표면 개질 및 산처리 기법을 통해 유효 공경을 확대시키고 물질 흐름을 원활히 하여 흡착 성능을 향상시킨 양이온과 음이온 동시 제거가 가능한 수처리용 양극성 흡착소재 개발을 위하여 제올라이트 및 운모와 같은 천연 광물에 대해 산화철 코팅에 의한 양이온성 표면 개질 및 접목 중합에 의한 음이온성 표면 개질을 수행하여 표면 특성을 확인하고 개질 전/후 중금속 물질별 농도 확인과 중금속 물질의 제거 특성을 확인하였다.
FT-IR 분석을 통해 제올라이트 광물 표면에 카르복실기가 형성됨을 확인하였으며, BET 표면적은 제올라이트 A, B의 경우 접목 중합 개질 전/후 각각 81.0254㎡/g에서 186.3590㎡/g로, 84.0172㎡/g에서 158.9102㎡/g로 크게 증가하고 기공 크기는 개질 전에 비하여 5～9배 이상 증가하였다. 제올라이트의 개질 방법에 따라서는 표면 개질 처리에 따른 제거 효율 비교 결과, 접목 중합 개질 제올라이트 > 산화철 개질 제올라이트 > 천연 제올라이트 순으로 제거 효율이 높게 나타났다. 표면 개질된 제올라이트에 의한 납, 구리 및 카드뮴의 제거 효율은 각각 100%, 92%, 및 62%를 나타내었고, 천연 제올라이트의 64%, 64%, 및 38%에 비해 증가하여 양극성 (bipolar) 표면 개질된 제올라이트가 더 효율이 향상 되었다. 흥미로운 발견은 양이온 및 음이온 특성과 수중에서 수화물 형태로 음이온을 띄는 비소는 개질 전 약 2% 이하의 낮은 제거효율에서 접목중합 개질 후 27%의 제거효율을 나타내는 것으로 보아 접목중합 개질을 통해 양이온성 중금속과 음이온성 중금속의 동시제거가 가능함을 확인하였다. 제올라이트는 수처리 공정에서 가장 널리 사용되는 흡착 물질 중 하나이며, 제올라이트의 양극성 표면 개질은 특히 As의 경우 중금속 제거에 적용할 수 있다. 또한 여재 수명 및 내구성 확인을 위해 대표적인 양극성 중금속인 철, 과 음극성 중금속인 비소를 대상으로 실시한 실험을 통하여 비소는 2980일, 철은 718일간의 장시간 동안 여재의 교체 없이 운전이 가능함을 확인할 수 있었다. 천연 제올라이트 표면 개질 및 중금속 평가를 통하여 현장 적용성에 있어 중금속 및 유기물질 제거효율을 확보할 수 있었으며, 기존의 농촌지역 상수도 보급 지역에 저비용 고효율의 표면 개질(산화철 코팅과 접목 중합 개질)한 제올라이트를 현장에 설치 및 적용한 결과 기존 시스템보다 효율 및 생산성이 향상된 것을 확인함으로서 향후 현장 적용 시 긍정적 기능을 할 수 있을 것으로 사료된다.
FT-IR 분석을 통해 제올라이트 광물 표면에 카르복실기가 형성됨을 확인하였으며, BET 표면적은 제올라이트 A, B의 경우 접목 중합 개질 전/후 각각 81.0254㎡/g에서 186.3590㎡/g로, 84.0172㎡/g에서 158.9102㎡/g로 크게 증가하고 기공 크기는 개질 전에 비하여 5～9배 이상 증가하였다. 제올라이트의 개질 방법에 따라서는 표면 개질 처리에 따른 제거 효율 비교 결과, 접목 중합 개질 제올라이트 > 산화철 개질 제올라이트 > 천연 제올라이트 순으로 제거 효율이 높게 나타났다. 표면 개질된 제올라이트에 의한 납, 구리 및 카드뮴의 제거 효율은 각각 100%, 92%, 및 62%를 나타내었고, 천연 제올라이트의 64%, 64%, 및 38%에 비해 증가하여 양극성 (bipolar) 표면 개질된 제올라이트가 더 효율이 향상 되었다. 흥미로운 발견은 양이온 및 음이온 특성과 수중에서 수화물 형태로 음이온을 띄는 비소는 개질 전 약 2% 이하의 낮은 제거효율에서 접목중합 개질 후 27%의 제거효율을 나타내는 것으로 보아 접목중합 개질을 통해 양이온성 중금속과 음이온성 중금속의 동시제거가 가능함을 확인하였다. 제올라이트는 수처리 공정에서 가장 널리 사용되는 흡착 물질 중 하나이며, 제올라이트의 양극성 표면 개질은 특히 As의 경우 중금속 제거에 적용할 수 있다. 또한 여재 수명 및 내구성 확인을 위해 대표적인 양극성 중금속인 철, 과 음극성 중금속인 비소를 대상으로 실시한 실험을 통하여 비소는 2980일, 철은 718일간의 장시간 동안 여재의 교체 없이 운전이 가능함을 확인할 수 있었다. 천연 제올라이트 표면 개질 및 중금속 평가를 통하여 현장 적용성에 있어 중금속 및 유기물질 제거효율을 확보할 수 있었으며, 기존의 농촌지역 상수도 보급 지역에 저비용 고효율의 표면 개질(산화철 코팅과 접목 중합 개질)한 제올라이트를 현장에 설치 및 적용한 결과 기존 시스템보다 효율 및 생산성이 향상된 것을 확인함으로서 향후 현장 적용 시 긍정적 기능을 할 수 있을 것으로 사료된다.
목차
Ⅰ. 서론 1Ⅱ. 이론적 배경 51. 중금속 제거를 위한 수처리 방법 52. 흡착이론 7가. 흡착 원리 및 적용 7나. 흡착제의 특성 15다. 제올라이트의 특성 18라. 제올라이트의 응용 193. 흡착제의 표면개질 24가. 기공확장을 통한 표면개질 24나. 산화철 코팅-접목 중합을 통한 표면개질 26Ⅲ. 연구 재료 및 방법 291. 연구 재료 292. 표면 개질 특성 분석 323. 중금속 제거 효율 분석 334. 여재수명 평가 분석 34Ⅳ. 연구결과 및 고찰 371. 표면 개질 전과 후의 표면특성 37가. 표면 개질 후 표면 특성 37나. 표면적 및 기공크기 변화 442. 표면개질 흡착제의 중금속 제거 성능평가 46가. 중금속 종류에 따른 효율평가 481) 표면 개질 전/후 카드뮴(Cd) 제거 482) 표면 개질 전/후 구리(Cu) 제거 503) 표면 개질 전/후 비소(As) 제거 53나. 천연 흡착제의 형태에 따른 효율 평가 55다. 양극성 표면 개질에 의한 중금속 제거 583. 여재 수명 및 내구성 평가 63Ⅴ. 결론 67
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