커피찌꺼기로 지지된 나노영가철을 이용한 폐수 중 납과 카드뮴 흡착 (Adsorption of Lead and Cadmium from Wastewater Utilizing Nano Zero Valent Iron Supported by Coffee Ground)

서지정보

· 발행기관 : 대한환경공학회
· 수록지 정보 : 대한환경공학회지 / 40권 / 2호 / 82 ~ 90페이지
· 저자명 : 박만호, 이가령, 박현수, 정상재, 김재영

초록

나노영가철은 높은 반응성과 환원력으로 중금속 흡착제로 많은 관심을 받고 있다. 그러나 나노영가철은 강력한 표면에너지와 자성으로 인해 큰 입자로 응집되는 성질이 있고 이는 현장 적용 시 표면적과 반응성을 감소시키는 문제가 있다.
본 연구에서는 나노영가철의 입자 간 응집 문제를 해결하기 위해 나노영가철이 커피찌꺼기에 지지되도록 합성시켰으며 합성한 재료를 이용하여 Pb2+과 Cd2+에 대한 회분식 흡착실험을 진행하였다. pH 6, 20℃ 조건에서 등온흡착실험 결과 Langmuir 모형으로부터 Pb2+과 Cd2+에 대해 각각 814.95 mg/g, 196.06 mg/g의 최대흡착능을 가진 것으로 확인되었다. Pb2+의 경우 환원반응 기작이 작용하여 실험 결과를 등온흡착곡선 모형으로 설명하기 어려운 것으로 나타났다. 반응 평형 시간은 Pb2+에 대해1시간, Cd2+에 대해 8시간이 소요되었다. 유사 2차반응속도 모형이 반응속도를 잘 설명할 수 있는 것으로 나타났기에 흡착형태는 화학적 흡착으로 추정된다. 물질 전달 메커니즘 분석 결과 Pb2+과 Cd2+은 각각 80%와 60%가 표면 확산을 통해 빠른속도로 전달된 이후 나머지는 입자 내부 확산을 통해 전달됨을 확인하였다. 커피찌꺼기로 지지되는 나노영가철은 입자 간응집이 억제되어 높은 중금속 흡착능과 제거율을 가진 것으로 생각되며, 나노영가철-커피찌꺼기는 고농도 중금속 폐액이 발생하는 산업현장에서 적용가능성이 뛰어날 것으로 판단된다.

영어초록

Nano zero valent iron (NZVI) is an emerging adsorbent for heavy metal removal with its high reactivity and reduction potential. However, NZVI tends to aggregate to bigger particles, thus surface area and reactivity could be decreased in applications.
In this study, NZVI is synthesized while attached on coffee ground to prevent agglomeration. Then batch adsorption tests for Pb2+ and Cd2+ in wastewater were studied. Adsorption isotherm under pH 6 and 20℃ revealed that maximum adsorption capacity from the Langmuir model was 814.95 mg/g and 196.06 mg/g for Pb2+ and Cd2+ respectively. Based on mechanism of removing Pb2+ involves reduction, adsorption isotherm did not fit well in experiments data. Time to reach equilibrium was 1 hour and 8 hours for Pb2+ and Cd2+, respectively. Pseudo 2nd order kinetic model explain well kinetics of heavy metal adsorption, thus adsorption is likely to be chemi-sorption. According to the mass transfer mechanism study, 80% of Pb2+ and 60% of Cd2+ were transported rapidly by surface diffusion and residuals are transported by interparticle diffusion. High adsorption capactiy for Pb2+ and Cd2+ would be related with suppression of aggregation, hence NZVI-coffee ground showed the outstanding potential on industrial wastewater treatment facilities with high concentration of heavy metals.

참고자료

· 없음