다시마 기반 자성 바이오차와 소나무 기반 자성 바이오차에 의한 양이온 음이온 염료 제거특성 비교 (Comparison of Cation Anion Dye Removal Characteristics between Kelp-based Magnetic Biochar and Pine-based Magnetic Biochar)

서지정보

· 발행기관 : 대한환경공학회
· 수록지 정보 : 대한환경공학회지 / 42권 / 6호 / 308 ~ 318페이지
· 저자명 : 오희소, 장재수

초록

목적:본 연구에서는 다시마를 기반으로 한 자성 바이오차(KB-Fe)가 서로 다른 전하 특성을 가진 염료, Congo red (CR)와 crystal violet (CV)에 대한 흡착 제거 성능을 소나무 기반 자성 바이오차(PB-Fe)와 비교하여 평가하였다.
방법:다시마 및 소나무 톱밥을 500℃에서 열분해하여 제조한 순수 바이오차(KB, PB)와 원재료 60 g을 1 L의 0.1 M FeCl3･6H2O 용액에서 처리하고 500℃에서 열분해하여 제조한 자성 바이오차(KB-Fe, PB-Fe)의 기본적인 물리･화학적 분석을 진행하였다. CR과 CV에 대한 흡착 성능 평가는 pH(5-11)에 따른 흡착 성능, 그리고 2가지 흡착 등온식 모델 및 2가지 동역학 모델을 이용하여 이루어졌다.
결과 및 토의:CR에 대한 흡착은 모든 바이오차에서 pH가 증가할수록 감소하였으며, KB와 PB 모두 자성체로 표면 개질을 하였을 경우 CR에 대한 흡착량이 증가하였다. CV에 대한 흡착은 모든 바이오차에서 pH가 증가할수록 증가하였으며, KB와 PB 모두 자성체로 표면 개질을 하였을 경우 CV에 대한 흡착량이 감소하였다. Langmuir 등온 흡착모델에 따른 CR에 대한 흡착성능은 KB-Fe, KB, PB-Fe, PB의 순서대로 흡착성능을 나타내었으며, CV에 대한 흡착 성능은 KB, PB, PB-Fe, KB-Fe의 순서대로 흡착성능을 나타내었다. 동력학적 반응식은 CR 흡착반응의 경우 KB-Fe를 제외한 모든 바이오차에서 유사 2차 반응속도 모델에 더 적합하였고, CV 흡착반응의 경우는 KB를 제외한 모든 바이오차에서 유사 2차 반응속도 모델에 더 적합하였다.
결론:본 연구는 다시마 바이오차가 목질류 기반 바이오차와 비교하여 염료 CR 및 CV의 흡착 제거를 위한 우수한 잠재력이 있다는 것을 보여 주었다. 또한, 다시마 바이오차를 자성체로 표면 개질하면 음이온 염료에 대해서는 그 흡착성능을 획기적으로 향상시킬 수 있지만 양이온 염료에 대해서는 오히려 그 흡착성능을 감소시킨다는 것을 보여 주었다.

영어초록

Objectives:This study investigates the adsorption capacity of magnetic biochar (KB-Fe) derived from kelp for two dyes, Congo red (CR) and crystal violet (CV), which have different charge characteristics. The adsorption capacities were compared to magnetic biochar (PB-Fe) derived from pine.
Methods:Pristine biochars (KB, PB) were produced through the pyrolysis of kelp and pine sawdust at 500℃. Magnetic biochars (KB-Fe, PB-Fe) were produced by treatment of 60 g of biomass in 1 L of 0.1 M FeCl3･6H2O and pyrolysis of the raw materials at 500℃. The fundamental characteristics of the biochars were analyzed, and the adsorption capacities of the biochars for the CR and CV dyes were evaluated based on two adsorption isotherm models, two adsorption kinetics models, and adsorption characteristics based on changes to the pH between 5 and 11.
Results and discussion:CR adsorption by all biochars decreased with an increase in pH. When KB and PB were surface-modified with magnetic iron oxides, their adsorption capacity for CR increased. CV adsorption by all biochars increased with pH. When KB and PB were surface-modified with magnetic iron oxides, their adsorption capacity for CV considerably decreased. According to the Langmuir isotherm model, the adsorption capacity for CR was in the order of KB-Fe, KB, PB-Fe, and PB, and the adsorption capacity for CV was in the order of KB, PB, PB-Fe, and KB-Fe. The CR adsorption was better described by the pseudo-second order kinetics model for all biochars, with the exception of KB-Fe. CV adsorption was also better described by the pseudo-second order kinetics model for all biochars, with the exception of KB.
Conclusions:The results show that kelp biochar has great potential for the adsorptive removal of CR and CV compared to pine-based biochar. In addition, it was demonstrated that surface modification of kelp biochar with magnetic iron oxides can significantly improve its adsorptive capacity for anionic dyes; however, its adsorptive capacity for cationic dyes decreases.

참고자료

· 없음