Anion Adsorption Properties of Organobentonites Modified by Cationic Polymers

양이온 폴리머를 이용한 유기벤토나이트의 음이온 흡착특성

  • 윤지해 (부산대학교 지질학과) ;
  • 황진연 (부산대학교 지질학) ;
  • 이효민 (부산대학교 지질학) ;
  • 고상모 (한국지질자원연구원 지질기반정보연구부 광물자원연구) ;
  • 유장한 (한국지질자원연구원 지질기반정보연구부 광물자원연구실)
  • Published : 2004.06.01

Abstract

Anion adsorption properties of organobentonites modified by two cationic polymers, hexadecyltrimmethylammonium (HDTMA) and cetylpyridinum (CP), were investigated. The organobentonites showed the significant expansion of basal spacing to 42.0 $\AA$ at room temperature. The adsorption experiments were conducted for the 0.2 g of organobentonites with 40 mL solutions of various concentrations of anions such as nitrate, sulfate and phosphate. As a result, the organobentonites showed excellent adsorption capacities for those anions whereas untreated bentonite showed very low adsorption capacity. Adsorption rate of HDTMA-bentonite was about 90% for 100 mg/L solutions of nitrate and phosphate, and that of CP-bentonite was 97% for 100 mg/L solution of nitrate. Adsorption behaviors were slightly different for the different organobentonites and anions. Both organobentonites showed relatively higher adsorption rate for nitrate and phosphate than sulfate. Therefore, these organobentonites showing high anion adsorption capacities can be used far the removal of deleterious anions in the treatment of environmental pollution.

두 양이온 유기폴리머(Hexadecyltrimethylammonium (HDTMA)과 Cetylpyridinium (CP))를 합성한 유기벤토나이트에 대해 음이온의 흡착특성을 조사하였다. 이들 유기벤토나이트는 상온에서 저면간격이 약 42.0 $\AA$으로 현저한 층간팽창을 나타냈다 유기벤토나이트 시료 0.2 g을 음이온인 질산염, 황산염, 인산염의 각 여러 농도별 용액 40 mL와 반응시킨 흡착실험을 행하였다. 그 결과, 무처리 벤토나이트는 모든 음이온에 대해서 거의 흡착능력을 보이지 않는데 비하여. 유기벤토나이트는 아주 높은 흡착성을 나타냈다. HDTMA-bentonite의 경우, 인산이온과 질산이온의 흡착률이 100 mg/L의 농도에서 약 90% 정도로 높게 나타나고, CP-bentonite의 경우, 질산이온의 흡착률이 100 mg/L의 농도에서 97%로 높게 나타났다. 음이온 및 유기벤토나이트의 종류에 따라 흡착거동이 약간차이를 나타냈다. 두 유기벤토나이트에 있어서 질산이온과 인산이온의 흡착률은 황산이온에 비해 모두 상대적으로 높게 나타났다. 이러한 유기벤토나이트의 높은 음이은 흡착성은 유해성 음이온의 제거와 같은 환경오염처리에 활용될 수 있을 것으로 생각된다.

Keywords

References

  1. 고상모, 김자영 (2002) Ca-형 및 Na-형 벤토나이트의 제반 물성 및 유기양이온 흡착비교. 한국광물학회지, 15(4), 243-257.
  2. 고상모, 홍석정, 송민섭 (2003) HDTMA-, BDTDA- 및 CP-스멕타이트의 물리-화학적 특성. 한국광물학회지, 16(4), 295-305.
  3. 노진환 (2000) 벤토나이트의 광물학적 특성과 품위 및 품질 평가. 제 1회 산업광물 심포지움 논문요약집, ‘벤토나이트와 그 응용’ 중, 16-29.
  4. 박성완, 황진연, 이상현, 김용운, 이병한, 서한기, 서전형, 현부영 (2003) 국내 산엽용 벤토나이트의 용도별 특성. 2003년 한국광물학회 한국암석학회 공동 학술발표회 논문집, 대전 3월 30일, 40-43.
  5. 유지영, 최재영, 박재우 (2001) 유기벤토나이트에 의한 카드뮴과 납의 흡착특성. 한국지하수토양환경학회지, 6(3), 21-29.
  6. 이상현, 박성완, 서전형 (2000) 국내 벤토나이트의 각 산업에서의 활용 및 그 현황. 제 1회 산업광물 심포지움 논문 요약집, ‘벤토나이트와 그 응용’ 중, 40-50.
  7. 이승엽, 김수진, 정상용 (2003) 유기점토를 이용한 다환방향족 오염물과 중금속의 흡착특성 연구. 2003년 한국지하수토양학회 추계학술대회 논문집, 강원대학교 4월 18-19일, 434-437.
  8. 제은주, 황진영, 김재곤 (2001) 양친매성 유기폴리머를 이용한 스멕타이트 복합체의 특성과 중금속 및 페놀의 흡착성. 2001년 한국광물학회 한국암석학회 공동학술발표회 논문집, 부산대학교 6월 1일, 4-6.
  9. 황진연, 박성완, 황한석 (1997) 국내 토목용 벤토나이트의 물리화학적 특성. 지질공학회지, 7(2), 127-137.
  10. 황진연 (1999) 유기폴리머 용액에 혼합한 몬모릴로나이트의 응집거동 및 특성. 대한자원환경지질학회지, 32(3), 307-315.
  11. Deng, Y. and Dixon, J.B. (2002) Soil organic matter and organic-mineral interaction. In: Dixon, J.B. and Schulze, D.G. (eds.), Soil Mineralogy with Environmental Applications, Soil Sci. Soc. Am., Book Series 7, Madison, Wisconsin, USA, 69-107.
  12. Kobayashi, J. (1957) On geographical relationship between the chemical nature of river water and death-rate of apoplexy. Berichte des Ohara Institute fur landwirtschaftliche biology, 11, 12-21.
  13. Koh, S.M. and Dixon, J.B. (2001) Preparation and application of organo-minerals as sorbents or phenol, benzene and toluene. Appl. Clay Sci., 18, 111-122.
  14. Lee, J.J., Choi, J.Y., and Park, J.W. (2002) Simultaneous sorption of lead and chlorobenzene by organobentonite. Chemosphere , 49, 1309-1315.
  15. Lee, S.Y. and Kim, S.J. (2002a) Expansion characteristics of organoclay as a precursor to nanocomposites. Colloids and Surfaces A, 211, 19-26.
  16. Lee, S.Y. and Kim, S.J. (2002b) Adsorption of naphthalene by HDTMA modified kaolinite and halloysite. Appl. Clay Sci., 22, 55-63.
  17. Li, Z., Willms, C.A., and Kniola, K. (2003) Removal of anionic contaminants using surfactant-modified palygorskite and sepiolite. Clays and Clay Minerals, 51, 445-451.
  18. Sheng, G., Xu, S., and Boyd, S.A (1996) Cosorption of organic contaminants from water by hexadecyltrimethylammonium-exchanged clays. Wat. Res. 30(6), 1483-1489.
  19. Slade, P.G. and Gales, W.P. (2004) The swelling or HDTMA smectites as influenced by their preparation and layer charges. Appl. Clay Sci., 25, 93-101.
  20. Vujakovic A., Tomasevic-Canovic, M., Dakovic, A., and Dondur, V. (2000) The adsorption of sulphate, hydrogenchromate and dihydrogenphosphate anions on surfactant-modified clinoptilolite. Appl. Clay Sci., 17, 265-277. https://doi.org/10.1016/S0169-1317(00)00019-3