• 자원환경지질
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• 제52권3호
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• pp.223-230
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• 2019

$SO_2$ 가스 반응제로 사용되는 석회석의 대체 가능 물질로서 가능성을 보기 위하여 굴 패각의 소성 작용이 많이 연구되고 있다. 그러나 실제 소성 시 순수한 패각만을 사용할 수 없기 때문에 일부 불순물들이 포함되며 이로 인한 소성물의 특성 변화가 예상된다. 본 연구에서는 불순물로 패각의 표면에 묻어 있는 퇴적물과 바닷물로부터 유래될 수 있는 NaCl의 함량에 따른 소성물의 표면 특성을 광물학적으로 연구하여 보았다. 패각에 묻어 있는 해양 퇴적물들은 주로 석영, 알바이트 사장석, 방해석과 더불어 소량의 각섬석과 일라이트, 녹니석, 스멕타이트 등의 점토광물로 구성되어 있었다. 이 퇴적물들을 굴패각에 0.2-4.0 wt%를 섞어서 $900^{\circ}C$에서 2시간 소성 시킨 결과 각 광물들이 이 보다 낮은 온도에서 탈수작용, 탈수산화작용 및 상변화를 겪음에도 불구하고 실제 소성물의 표면적에 미치는 영향은 거의 없었다. 그러나 NaCl의 경우 0.1 - 2.0 wt%의 양을 섞어서 같은 조건에서 소성 시켰을 때 전체적으로 소성 전의시료에 비하여 비표면적은 증가하였으나 NaCl의 양을 증가시킴에 따라 비표면적은 증가하였다가 다시 감소하는 경향을 보였다. 이는 표면의 형태변화와 밀접한 관계가 있는데 전자현미경 관찰 결과 NaCl의 양이 증가하면서 패각 표면의 모양은 겔과 비슷한 모양을 보이다 약간의 각진 더 작은 입자로 변하고 다시 겔과 같은 모습을 보인다. 결과적으로 NaCl의 경우 일부 굴패각의 용융 등 형태 변화에 영향을 주어 소성이 영향을 줄 수 있으나 그 함량에 따라서 그 영향이 다를 수 있음을 보여준다.

• 자원환경지질
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• 제53권6호
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• pp.667-675
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• 2020

본 연구에서는 정수 처리장 침전지에서 채취한 알럼 기반의 슬러지를 수열합성 방법으로 흡착제(Alum Sludge Based Adsorbent, ASBA)를 제조하고, 이를 인공 수용액 및 광산배수 내 불소와 비소의 제거에 적용하여 ASBA의 흡착 특성을 평가하였다. ASBA의 광물학적 결정 구조, 구성 성분 및 비표면적을 조사한 결과, ASBA는 표면에 불규칙한 기공과 87.25㎡ g-1의 비표면적을 갖는 흡착에 유리한 구조로 나타났다. ASBA를 구성하는 주요 광물 성분은 석영(SiO2), 몬모릴로나이트((Al,Mg)2Si4O10(OH)2·4H2O), 알바이트(NaAlSi3O8)임을 확인하였다. 다음으로 회분식 흡착실험을 수행하여 pH, 흡착 반응시간, 초기 농도 및 온도 등의 인자가 ASBA를 활용한 불소와 비소 흡착에 미치는 영향을 살펴보았다. 실험 결과, 용액의 pH 환경이 염기 영역으로 갈수록 불소와 비소의 흡착률은 감소하는 경향을 보였으며, 흡착제의 영전하점은 pH 7 부근으로 나타났다. 등온 흡착실험을 통해 확인한 불소와 비소의 최대 흡착량은 각각 7.6mg g-1, 5.6mg g-1이었고, 동적 흡착실험에서 불소와 비소는 반응이 시작한 후 각각 8h, 12h이 경과하면서 흡착농도의 증가율이 감소하는 것으로 나타났다. 한편 흡착평형 실험을 통한 ASBA의 흡착 메커니즘을 알아본 결과. 불소와 비소의 흡착은 Langmuir 등온 흡착모델 및 Freundlich 등온 흡착모델과 높은 상관관계를 가지며 일치하는 경향을 보여주었다. 또한 열역학적 연구에서는 25℃부터 35℃까지의 온도 증가에 따른 불소와 비소의 흡착 양상을 실험하여, 양의 값을 갖는 열역학적 상수 ΔH°와 ΔG°을 도출함으로써 ASBA의 흡착 특성은 흡열반응이자 비자발적인 반응임을 검증하였다. 재생실험 결과, ASBA는 1N NaOH을 이용하여 재생 가능하였으며, 광산배수를 이용한 불소와 비소의 흡착실험에서 각각 77%, 69%로 비교적 높은 제거율을 보여 현장 적용 가능성을 지닌 것을 알 수 있었다. 분석 결과를 종합하여 볼 때, 소규모 유량을 가지며 pH 환경이 산·중성 영역인 광산배수 내 불소와 비소가 흡착되어 제거되는 데 흡착제로서 ASBA가 효과적임을 제안한다.