Abstract
The bone of spinal animals has a hydroxylapatite ($Ca_{10}(PO_4)_6(OH)_2$, HAp) structure which is well known as an excellent inorganic ion exchanger for various heavy metal ions in solutions. In this study, the reusability of cow-bone, pig-bone and fish-bone as a potential material for the removal of heavy metals in solutions was evaluated from the removal of Cu(II) ion in batch tests. The surface properties of three bones, calcined at different temperatures, were measured with SEM, XRD, FT-IR analyses. From the SEM analysis, a clear development of heterogeneity as well as pores having small diameter was observed as the calcination temperature increased. The results of X-ray diffraction analysis showed well developed crystallinity on the surface of calcined bones obtained at higher temperatures, suggesting a transform of amorphous type to crystalline type. Fourier transform infrared (FT-IR) analysis showed disappearance of water molecule on the surface of HAp and organic functional groups of the HAp with increasing the calcination temperatures. Cu(II) removal in the control test was below 15%. By the way, additional 40% increase of Cu(II) removal was observed in the presence of calcined bones. For three bones, Cu(II) removal was decreased as the calcined temperature increased. Cu(II) removal was increased as the solution pH increased due to a favorable condition for the cation exchange as well as precipitation.
척추동물의 뼈는 hydroxylapatite [$Ca_{10}(PO_4)_6(OH)_2$, HAp]로 이루어져 있어서 용액중에 존재하는 중금속이온들의 훌륭한 이온교환제로서 잘 알려져 있다. 본 연구에서는 하소시켜 얻은 소뼈, 돼지뼈, 생선뼈를 이용한 회분식 반응조에서의 구리이온의 제거성능을 조사하였으며 이러한 결과로부터 중금속이온을 제거하기 위한 흡착제로서의 재이용성을 평가하였다. 온도를 달리하여 하소시켜 얻은 세 종류의 뼈 시료들의 표면특성은 SEM, XRD 및 FT-IR 분석을 통하여 측정하였다. SEM 촬영결과 하소온도가 높아질수록 표면이 불규칙해졌으며 작은 기공이 발달하였다. XRD 분석에서는 하소 온도가 높아질수록 피크가 발달되는 경향을 보였는데 이와 같은 현상은 HAp가 열처리에 의해 무정형 형태에서 결정형으로 바뀌었음에 기인한 것으로 여겨진다. FT-IR 분석결과 하소온도가 높아질수록 흡착된 물과 골격 내 유기물의 흡수밴드의 강도는 점차 감소되는 것을 알 수 있었다. 구리이온 제거 결과 뼈를 넣지 않은 바탕실험에서는 15% 이하의 제거율을 보였는데 하소된 뼈를 사용한 경우에는 제거율이 부가적으로 40% 이상 상승하였다. 세 종류의 동물뼈 모두에서 하소온도를 높일수록 구리에 대한 제거율은 감소하였다. 용액의 pH가 상승할수록 양이온 교환 및 침전반응을 형성할 수 있는 유리한 조건에 의해 구리이온의 제거율이 상승하였다.
