• Korean Chemical Engineering Research
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• 제60권4호
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• pp.606-612
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• 2022

실내 거주 시간이 늘어나면서 발생하는 CO₂를 인체에 무해한 농도인 1,000 ppmCO₂ 이하로 유지하기 위해 연구들이 활발히 진행 중이다. 본 연구에서는 저농도 CO₂흡착제로서 KOH와 K₂CO₃와 같은 알칼리성 첨가제를 상용 활성탄에 함침하여 사용하였다. 흡착된 CO₂ 양은열중량분석기(TGA)와 chamber(CO₂ IR analyzer)로평가하였다. 비표면적이 928.5 m²/g인 상용 활성탄(AC)은 KOH가 함침 된 KOH/AC(13.6 m²/g)와 K₂CO₃가 함침 된 K₂CO₃/AC(288.8 m²/g)보다 비표면적이 높았다. 챔버실험결과, AC는 CO₂를 거의 흡착하지 않았지만, KOH/AC와 K₂CO₃/AC는 각각 93.5 mg_CO2/g_sample 및 94.5 mg_CO2/g_sample 흡착하였다. 이것은 비표면적 및 미세기공의 부피에 의한 물리적인 흡착 영향보다 알칼리성 활성점의 증가가 CO₂ 흡착에 더 유리하게 작용한 것으로 판단된다. KOH/AC와 K₂CO₃/AC의 재생성능은 chamber test 결과 대조군(K₂CO₃/Al+Si supports)과 비교했을 때 안정적으로 흡착 성능을 유지하는 것으로 나타났다(3회 반복 실험). 또한, KOH/AC와 K₂CO₃/AC는열중량분석기의절대습도 1%H₂O를고려한조건에서 145.7 mg_CO2/g_sample및 150 mg_CO2/g_sample로 나타났다. 따라서 KOH 및 K₂CO₃ 등과 같은 알칼리 성분의 함침은 상용 활성탄의 안정적인 흡착 및 재생 후 흡착성능을 나타내어, 실내 이산화탄소 저감을 위한 흡착제 개발에 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

• 폴리머
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• 제27권4호
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• pp.330-339
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• 2003

폴리(스티렌-co-디비닐벤젠) 수지 페닐고리의 클로로메틸화를 통해 메틸렌티올기를 도입한 수지 (I), 폴리(스티렌-co-메틸 메타아크릴레이트-co-디비닐벤젠) 공중합체의 페닐고리와 에스터기에 클로로메틸화 반응을 거쳐 각각 메틸렌티올기를 도입하여 중금속 이온들과의 배위결합에 필요한공간개념을 배려한 수지(II) 및 폴리(스티렌-co-디비닐벤젠) 수지의 페닐고리를 클로로설폰화한 후, 소디움하이드로술파이드로 티오설폰산화한 수지 (III) 등 3가지 종류의 티올계 구상형 수지들을 합성하였다. 이어, 이들 킬레이트 수지들에 대한 중금속 이온의 흡착경향을 평가한 결과, 티올기 함유 I형 킬레이트 수지는 Hg$^{2＋}$에 대해서만 선택적 흡착성을 보였고, 티올기 함유 II형 킬레이트 수지는 Hg$^{2＋}$에 대한 흡착성능이 보다 향상되었으며, Cu$^{2＋}$, Pb$^{2＋}$, C$d^{2＋}$ 및 Cr$^{3+}$ 등의 몇몇 중금속 이온들에 대해서도 약간의 흡착능을 보였다. 다른 한편으로, 친수성의 티오설폰산기 함유 III형 킬레이트 수지는 효율적 흡착체로서 Hg$^{2＋}$, Cu$^{2＋}$, Ni$^{2＋}$, Co$^{2＋}$ 및 Cr$^{3+}$ 등의 중금속 이온들은 물론, 특히 C$d^{2＋}$ 및 Pb$^{2＋}$에 높은 흡착능을 보였다.

• 청정기술
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• 제25권1호
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• pp.33-39
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• 2019

활성탄(activated carbon, A.C)은 휘발성 유기화합물(volatile organic compounds, VOCs) 제거를 위해 가장 많이 사용되고 있지만 흡/탈착 시 열화현상으로 인한 화재위험성, 잦은 교체 주기로 인한 비용 부담, 수분에 의한 성능 저하 등의 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제들을 해결하기 위하여 소수성 제올라이트 흡착제가 연구되고 있다. 본 연구에서는 소수성 개질법 중 하나인 수증기처리 및 산 처리를 통해 $NH_4{^+}Y$-zeolite를 소수성 Y-zeolite로 합성하여 높은 표면적, 열적 안정성과 습도저항성을 확보하고자 하였다. Y-zeolite와 개질된 Y-550-HN, Y-600-HN, Y-650-HN의 흡착성능은 23, 38, 77, $61mg\;g^{-1}$으로 나타났으며, 소수성 개질 정도를 확인할 수 있는 지표인 Si/Al ratio 변화를 XRF 분석으로 확인하였다. 그 결과, Y-zeolite를 개질하였을 때 흡착성능이 증진되었고, Si/Al 비는 Y, Y-550-HN, Y-600-HN, Y-650-HN 순으로 각각 3.1765, 6.6706, 7.3079, 7.4635 임을 확인하였다. 반면에 높은 열처리 온도에 의한 구조적 결정화가 성능 저하에 영향을 미칠 수 있음을 확인하였다. 반면에 Y-zeolite의 최적 열처리 온도가 존재하며, 이와 같은 최적 개질 조건 연구는 높은 내구성과 안정성을 갖는 흡착제를 제조할 수 있는 조건으로써 향후 활성탄을 대체할 수 있을 것으로 판단하였다.

• 청정기술
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• 제28권3호
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• pp.210-217
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• 2022

붕소(Boron)은 희소자원으로 유리, 반도체 재료, 화약 등 다양한 용도로 사용되고 있는데, 우리나라의 경우 붕소를 전량 수입에 의존하고 있으며 전 세계 붕소 매장량과 현재 추세의 생산량을 고려하면 50년 이후 지상의 붕소는 고갈될 확률이 높다. 따라서 안정적 붕소의 공급을 위해 해수 내의 붕소를 회수할 수 있는 소재 및 공정의 개발이 요구된다. 이에 본 연구에서는 수용액 중 붕소를 회수하기 위한 소재로 전기방사 후 탄소화된 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile, PAN) 나노섬유를 도입하였다. 먼저 탄소섬유 표면의 붕소 흡착 기작을 이론적으로 구현하기 위해 범밀도함수이론(density functional method) 기반의 분자모델링 작업을 수행하였는데, 계산된 에너지도(energetics)에 따르면 붕소가 탄소섬유 표면에 흡착되는 화학반응이 가능한(viable) 것으로 판단되었다. 한편 전기방사로 제작된 PAN 나노섬유를 대기 중에서 안정화를 진행한 후 아르곤(Ar) 분위기에서 탄소화하였고 붕산 수용액에 담지시켰다. SEM과 Raman 분석을 통해 각각 전기방사와 탄소화가 잘 진행되었는지 확인하였고, XPS 분석을 통해 탄소섬유 표면에 질소가 잘 도핑되었는지 여부와 붕소의 흡착 여부를 확인하였다. 결과적으로 전기방사된 PAN으로부터 제작된 탄소섬유는 해수 내 붕소 회수에 사용될 수 있는 소재로 판단된다.

• 공업화학
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• 제20권1호
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• pp.80-86
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• 2009

파라자일렌 분리용 흡착제로서 효과적인 결합제가 없는 제올라이트 BaX 성형체를 제조하는 방법에 대하여 검토하였다. 제올라이트 NaX 타입의 결정분말을 무기결합제인 colloidal silica sol (C.S.) 용액과 기공형성제인 microcrystalline cellulose 분말을 이용하여 구형화 한 후 소성, binderless 처리, 바륨 이온교환, 활성화 등의 단계를 거치면서 넓은 비표 면적과 우수한 강도 및 파라자일렌에 대한 선택도를 갖는 파라자일렌 분리용 흡착제를 제조하였다. 각 시료의 무기결합제$SiO_2$함량을 14.0 wt%, 18.0 wt%, 22.3 wt%로 조절하여, 무기결합제의 함량 증가에 따른 시료 강도의 변화에 대해 검토하였다. 구형화 시료의 무기결합제 함량이 증가 될수록 binderless 처리 후의 강도가 증가함을 확인할 수 있었다. 이렇게 제조된 시료에 무게비 1 : 1 : 1로 혼합된 혼합자일렌 용액으로 $90^{\circ}C$에서 회분식 흡착실험을 수행해본 결과, 본 연구에서 제조된 binderless zeolite BaX는 파라자일렌에 선택적인 흡착능을 보임을 확인하였다. 이렇게 제조된 흡착제는 충분한 강도(0.450 kgf)와 결정화도(98.53%), BET 비표면적$(647.57m^2/g)$을 가지면서, 파라자일렌을 선택적으로 흡착함을 확인할 수 있었다.

• 대한환경공학회지
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• 제27권10호
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• pp.1058-1064
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• 2005

본 연구에서는 여러 가지 점토광물을 이용하여 $F^-$, $Cl^-$ 및 ${NO_3}^-$와 같은 음이온들의 흡착 특성을 고찰하였다. 흡착제로는 원료 밴토나이트와 본 연구과정에서 합성한 칼슘 및 나트륨형 밴토나이트, 몬토릴로나이트계 광물인 KSF와 K10을 사용하였다. 이들 다섯 가지 점토광물의 조성은 XRF와 XRD를 이용하여 분석하였으며 음이온의 농도는 이온크로마토그래피법으로 분석하였다. 실험결과, 흡착평형은 $8{\sim}24$시간 후에 나타났다. 또한 $F^-$와 ${NO_3}^-$에 대하여 각 흡착제를 6 g 사용한 경우에 KSF가 각각 약 $825\;{\mu}g/g$과 약 $707\;{\mu}g/g$의 흡착능을 나타내어 가장 우수하였으며 $Ca^{2+}$ 치환형 벤토나이트는 각각 $255\;{\mu}g/g$과 $34\;{\mu}g/g$정도의 흡착능을 나타내었다. 또한 K10은 ${NO_3}^-$에 대하여 $103\;{\mu}g/g$의 양호한 흡착능을 나타내었다. 전반적으로 흡착제의 양이 증가하면서 음이온에 대한 흡착효율은 증가하는 경향을 보였다. 그 중에서도 KSF는 6 g 사용시에 $F^-$에 대한 흡착효율이 약 99%에 달하였으며 10 g 사용시에는 ${NO_3}^-$에 대하여 약 95%의 높은 흡착효율을 나타내었다. 반면에 $Cl^-$의 경우에는 전반적으로 9% 이하의 낮은 흡착효율을 나타내었다. 프런들리히 흡착등온선으로부터 K와 1/n값을 계산하였으며 $F^-$와 ${NO_3}^-$에 대한 KSF의 K값이 1.09와 $0.45\;\;[mg/g][L/mg]^{1/n}$로 가장 큰 같을 나타내었으며 1/n값은 각각 0.08과 0.27로 가장 양호한 값을 나타내었다.

• 한국환경농학회지
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• 제28권2호
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• pp.158-164
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• 2009

왕겨와 톱밥 3종(미송, 참나무, 포플러)을 sodium hydroxide(NaOH)와 tartaric acid($C_4H_6O_6$)를 처리한 후 중금속 흡착특성을 평가한 결과 모든 소재에서 중금속 선택성은 Pb > Cu > Cd > Zn 순으로 나타났다. 참나무 톱밥(NaOH로 개질)은 Pb(19.36 mg $g^{-1}$)과 Cu(13.47 mg $g^{-1}$)에 대해 그리고 왕겨(tartaric acid로 개질)는 Cd(5.37 mg $g^{-1}$)과 Zn(2.24 mg $g^{-1}$)에 대해 뛰어난 흡착능을 나타내었다. SEM 분석결과 4가지 소재에서 모두 NaOH 개질 후에 표면의 불순물이 제거됨이 확인되었고 흡착표면이 매끄럽게 안정화 된 것을 관찰할 수 있었다. FT-IR 분석결과 왕겨는 1080 $cm^{-1}$에서 carbonyl group, hydroxyl group 등의 관능기가 존재함을 확인하였고 tartaric acid로 개질한 경우 1184 $cm^{-1}$와 1735 $cm^{-1}$에서 carboxylate group, carboxyl group, methylene group 등의 새로운 관능기가 생성됨을 확인하였다. 3종의 톱밥(미송, 참나무, 포플러)에 대한 FT-IR 분석결과 왕겨와 유사한 peak가 관찰되었는데 1030 $cm^{-1}$에서 carbonyl group과 hydroxyl group, 1200 $cm^{-1}$과 1700 $cm^{-1}$ 사이에서 carboxylate group, carboxyl group, methylene group 등이 이에 해당하였다. 한편 NaOH로 개질한 경우 peak에서 큰 변화를 나타내지 않았으나 흡착량이 증가한 것은 표면개질로 새로운 관능기가 생성되지는 않았으나 표면의 불순물이 제거.안정화됨으로써 흡착 표면적이 증가되었기 때문인 것으로 판단되었다.

• 자원환경지질
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• 제43권6호
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• pp.589-601
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• 2010

최근 들어 지질기원에 의해 발생되는 지하수내 비소오염이 많이 보고되고 있다. 본 연구에서는 지하수내 비소를 효과적으로 제거하거 위하여 철침착 입상활성탄(Fe-GAC)을 제조하고 이에 대한 흡착능을 평가하였다. Fe-GAC는 질산 염철 용액으로 입상활성탄에 철화합물을 침착시켜 제조하였으며, 이를 이용하여 침착반응시간에 따른 등온흡착, pH에 따른 비소 동력학 흡착반응 및 수처리시스템 예비평가를 위한 칼럼 실험을 수행하였다. 연구결과 침착반응 시간이 최소 12시간 이상에서 비소 제거에 필요한 철의 함량을 가진 Fe-GAC가 제조되었으며, 이들의 흡착능은 등온흡착실험에서도 확인되었다. 입상활성탄에 침착된 철화합물은 XRD 분석결과 대부분 질산염수산화철($Fe_4(OH)_{11}NO_3{\cdot}2H_20$)이었으나 일부 소량의 적철석($Fe_2O_3$)도 관찰되었다. 등온흡착실험은 Langmuir가 Freundlich 모델보다 더 적합하였으며, 모델링 결과 얻어진 Freundlich 분배계수($K_F$) 및 Langmuir 최대 흡착량($Q_m$)은 입상활성탄에 침착된 철 함량과 로그-로그 양의 상관관계를 보여주었다. 동력학 흡착실험 결과 pH 11을 제외한 모든 조건 (pH 4-9)에서 Fe-GAC는 비소에 대해 뛰어난 흡착능을 나타내었으며, 따라서 일반적인 지하수의 pH가 6-8 사이임을 고려하면 Fe-GAC는 비소를 흡착에 매우 효과적인 흡착제로 이용될 것이다. 동력학 모델링 결과 Fe-GAC와 비소의 흡착은 화학적 흡착(chemisorption) 과정을 나타내는 pseudo-second order 모델이 가장 적합하였다. 비소 수처리시스템에 대한 예비 평가를 위하여 칼럼실험을 수행한 결과, 지연계수 482.4이고 분배계수 581.1 L/mg으로 이는 12-24시간 침착반응에서 제조된 Fe-GAC의 Freundlich 등온흡착 모델의 분배계수(511.5-592.5 L/mg)와 유사한 값을 나타내었다. 이러한 연구결과는 향후 지하수를 활용하는 마을상수도 수처리시스템에서 Fe-GAC가 지하수의 비소를 제거하는 뛰어난 흡여재로 사용될 수 있음을 나타내는 것이다.

• Applied Biological Chemistry
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• 제44권2호
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• pp.97-102
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• 2001

제주도에서 지하수의 충전지역으로 중요한 역할을 하고 있는 한라산의 중산간 지역에 집중적으로 골프장이 건설되고 있어 잔디 관리용으로 살포된 농약에 의한 지하수의 오염이 우려되고 있다. 흡착제인 활성탄, Orpar또는 zeolite를 Iysimeter 형태의 모형그린에 35 cm 깊이에 3 cm 두께로 처리하여 농약의 용탈 억제 효율을 비교하였다. 시험 농약으로는 fenitrothion, triadimefon, diniconazole을 수화제로 모형그린 표면에 살포하였으며 통상적인 그린 관리 조건하에서 농약의 용탈현상을 조사하였다. 용탈현상은 주로 자연강우에 의해 발생되었으며 비강우시의 관수는 농약의 용탈에 큰 영향을 미치지 않았다. 잔류성이 짧거나 흡착성이 큰 농약인 fenitrothion과 triadimefon의 용탈은 강우량이 많은 조사 초기에만 매우 제한적으로 일어났으며 특히 fenitrothion은 용탈 가능성이 거의 없는 농약으로 나타났다. 잔류성이 긴 diniconazole은 조사기간 동안 지속적으로 또 가장 높은 농도로 용탈되었다. 따라서 투수성이 크고 유기화합물에 대한 흡착력이 낮은 사질의 그린 조건에서는 농약의 잔류성이 용탈에 영향을 미치는 주 요인으로 나타났다. 초기 살포량을 기준으로 계산된 용탈율을 보면 fenitrothion과 triadimefon은 0.2% 이하였으며 diniconazole은 1.8% 정도로 비교적 높았다. 흡착제의 처리로 이들 농약의 용탈을 크게 감소시킬 수 있는 것으로 나타났는데, 특히 활성탄과 Orpar를 흡착제로 처리한 모형그린에서 농약의 용탈율을 0.01%이하로 감소시킬 수 있었다. 흡착제를 처리하지 않을 경우에 용탈수 중에서 검출된 농약의 농도는지하수로 유입된다 하여도 음용수의 수질 측면에서 문제가 되지 않을 정도로 낮았으며, 활성탄과 같은 흡착제를 처리함으로써 골프장에서의 농약 용탈 문제를 보다 근원적으로 차단할 수 있을 것으로 판단된다.

• 대한환경공학회지
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• 제29권3호
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• pp.357-364
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• 2007

본 연구는 폐타이어의 재활용 일환으로 기존의 분말 화된 폐타이어 표면에 특정의 Functional group을 형성시켜 수중의 중금속이온들 과의 Chelate complexes 형성을 유도 함으로서 중금속 제거제로서의 폐타이어 활용방안을 제시 하고자 하였다. 이를 위해 FT-IR을 통하여 Function리 group의 종류 및 XRD, XRF, SEM 용출실험을 통해 개질 변화된 폐타이어 특성 분석하였으며 Kinetics Study를 통해 흡착모델에 적용하여 특정상수 값을 도출 하였다. 결과적으로 중금속 흡착 선호도는 $Pb^{2+}>Cu^{2+}>Cd^{2+}$순으로 확인되었으며, 초기 30분 이내에 흡착평형에 도달 하였고, 흡착반응속도 또한 0.27에서 $1.78\sim3.15(g/mg{\cdot}min)$로 증가하였으며, 80% 이상의 제거효율을 보였다. 이는 기존의 분말폐타이어에 비해 그 효율이 10배가량 증가함을 알 수 있었으며, Functional group을 활용한 폐타이어를 이용할 경우 중금속제거제로서의 뛰어난 효율성을 제시 할 수 있었다.