규산마그네슘 복합화를 통한 할로이사이트 기반 튜브형 담체의 메틸렌 블루 및 중금속 흡착능 향상 연구 (Halloysite-Magnesium Silicate Composites as Adsorbent for Removal of Methylsene Blue and Heavy Metals from Aqueous Solution)

서지정보

· 발행기관 : 대한환경공학회
· 수록지 정보 : 대한환경공학회지 / 45권 / 1호 / 1 ~ 10페이지
· 저자명 : 전준영, 전종록, 신승구, 이윤기

초록

목적: 본 연구는 향상된 메틸렌 블루 및 중금속 이온 제거 흡착능을 지닌 규산마그네슘-할로이사이트 복합 담체 제조를 위해 소재 및 담체의 열적 안정성 및 흡착 거동을 평가하였다. 규산마그네슘-할로이사이트 복합 담체를 제조하여 수용액으로부터 메틸렌 블루 및 중금속 이온 제거를 위한 흡착제로 활용하기 위해 소재의 열적 안정성 및 흡착능을 평가하였다. 방법: 메틸렌블루 및 중금속에 대해 높은 흡착능을 지닌 할로이사이트/규산마그네슘 관형 복합 담체가 압출 및 소성 공정을 통해 제조되었다. 미세구조 및 흡착 평형 분석을 통해 할로이사이트 및 규산마그네슘의 열적 안정성을 평가하였으며, 결과를 통해 관형 담체의 소성 온도를 결정하였다. 결과 및 토의: 규산마그네슘은 750℃ 소성 시 결정화가 진행되었으며, 비표면적은 소성 온도가 증가함에 따라 저감되었다. 저감된 규산마그네슘의 흡착능은 500℃ 소성까지는 유의미한 변화가 없었으나, 600℃, 700℃ 및 750℃ 열처리 시 각각 14.0%P, 26.1%P, 및 96.3%P 감소되었다. 열처리와 무관하게, 할로이사이트 및 규산마그네슘의 등온 흡착 데이터는 Langmuir 등온흡착식에 가장 잘 맞았다. 600℃소성된 할로이사이트-30 wt.% 규산마그네슘 복합 관형 담체는 115 m2 g-1 의 높은 비표면적 및 43.5%의 기공율을 나타내었으며, 168시간 메틸렌블루 흡착능이 29.8 mg g-1 을 나타내었다. 이는 할로이사이트 관형 담체 대비 3배 이상 증가한 값이며, Cr(III), Cu(II), 및 Zn(II)의 흡착능도 모두 4.8배 이상 향상되었다. 결론: 미세구조 및 흡착능의 관점에서 흡착제로서의 규산마그네슘의 열적 안정성이 평가되었다. 600℃열처리 후에도 규산마그네슘은 할로이사이트 대비 높은 비표면적 및 흡착능을 보여주었으며, 흡착은 Langmuir 거동을 보였다. 할로이사이트 담체의 규산마그네슘 복합화를 통해 메틸렌 블루 및 Cr(III), Cu(II), and Zn(II)흡착능이 대폭 향상되었다.

영어초록

Objectives: Thermal stability of the halloysite and magnesium silicate is discussed in terms of microstructure and adsorption behavior to optimize their composite as an absorbent for methylene blue (MB) and heavy metal ions removal from an aqueous solution. Methods: Halloysite/magnesium silicate tubular composites with high adsorption capacity of methylene blue and heavy metal ions were prepared with extrusion and consequent firing. To define the firing temperature of the tubular media, The microstructure and the adsorption equilibrium characterized the thermal stability of the halloysite and the magnesium silicate Results and Discussion: The magnesium silicate used in this study shows broad peaks in x-ray diffraction; however, the treatment of 750℃ induces its crystallization. The specific surface area of the magnesium silicate is also gradually decreased along with the firing temperature increase. No significant degradation in methylene blue adsorption capacity for magnesium silicate is observed until 500℃-treatment. However, the higher firing temperature reduces the capacity: 14.0%P, 26.1%P, and 96.3%P decrease for 600℃, 700℃, and 750℃, respectively. Regardless of heat treatment, the Langmuir isotherm equation represents the adsorption equilibria well compared to the Freundlich model. The tubular media of the halloysite – 30 wt.% of magnesium silicate fired at 600℃ exhibits a high specific surface area of 115 m2 g-1 and a relative porosity of 43.5%. Compared to the halloysite-only tubular media, the adsorption capacity of the composites is significantly improved with the incorporation of magnesium silicate. The adsorption capacity of 168h for methylene blue is more than tripled, 29.8 mg g-1, and the adsorption capacity of Cr(III), Cu(II), and Zn(II) is also greatly enhanced by more than 4.8 times. Conclusions: Thermal stability of magnesium silicate is investigated for use as an additive adsorbent in terms of the microstructure and the adsorption capacity. Even at 600℃ of the firing temperature, magnesium silicate shows a higher specific surface area and higher adsorption capacity of MB compared to those of the halloysite; the adsorption fits well into Langmuir behavior. The addition of magnesium silicate into the halloysite media significantly enhances its adsorption capacity for MB and heavy metal ions such as Cr(III), Cu(II), and Zn(II).

참고자료

· 없음