• 광물과 암석
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• 제36권2호
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• pp.117-124
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• 2023

국내 포항 소재 R사의 구룡포산 천연 제올라이트의 물리·화학적 특성을 규명하기 위해 X-선 회절 분석, X-선 형광 분석, 열 시차·열 중량 분석, 양이온 교환능 분석 및 세슘(Cs), 스트론튬(Sr) 흡착 실험을 수행하였다. X-선 회절 분석 결과 모데나이트, 휼란다이트, 클라이놉티로라이트 및 일라이트와 같은 광물이 함유되어 있으며, X-선 형광 분석 결과 SiO₂, Al₂O₃, CaO, K₂O, MgO, Fe₂O₃ 및 Na₂O 원소가 함유되어 있었다. 양이온 교환능은 148.6 meq/100 g이었으며 열시차 및 열중량 분석 결과 600 ℃까지 열적으로 안정성이 우수한 것을 확인하였다. 시간에 따른 흡착 평형 실험 결과 세슘(Cs)의 경우 30분이내 스트론튬(Sr)의 경우 8시간이내에 평형에 도달하였으며 세슘(Cs) 및 스트론튬(Sr)의 흡착률은 각각 80% 및 18%를 보이고 있었다. 단일 성분 등온 흡착 실험 결과 Langmuir model에 부합하였으며 세슘(Cs) 최대 흡착량은 131.5 mg/g으로 높게 나타났으며 반면 스트론튬(Sr) 최대 흡착량은 29.5 mg/g로 낮은 흡착량을 나타내었다. 본 연구에 사용된 천연 제올라이트의 경우 클라이놉티로라이트, 휼란다이트 및 모데나이트와 같은 8-ring을 포함하는 광물의 함량이 높아 세슘(Cs)에 대한 높은 선택성을 보여주고 있다.

• 자원환경지질
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• 제56권2호
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• pp.125-138
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• 2023

수계 내 세슘(cesium: Cs)을 제거하기 위하여 개발된 대부분의 기존 Cs 흡착제들은 원재료 값이 고가라는 단점과, 해수와 같이 높은 이온 강도와 낮은 Cs 농도를 가지는 대규모의 오염수를 실질적으로 정화하는데 한계를 가지고 있었다. 본 연구에서는 석탄광산배수를 처리하는 과정에서 생성되는 슬러지(CMDS)에 Na와 S를 첨가하여 친환경적이고 높은 Cs 제거 효율을 가지는 Cs 흡착제를 개발하였다. Fe 및 Ca 함량이 풍부한 CMDS를 1차 소재로 사용하였고, 열처리 과정으로 Na와 S를 첨가하여 새로운 Cs 흡착제를 제조하였다(이하 본 연구에서 개발한 흡착제는 Na-S-CMDS라 명명함). Na-S-CMDS의 Cs 흡착능 및 흡착 기작을 평가하기 위해 실험실 규모의 실험과 흡착 동역학 및 등온 모델링 연구를 수행하였으며, XRF, XRD, SEM/EDS, XPS 등의 분석을 통해 Na-S-CMDS의 물리화학적, 광물학적 특성을 조사함으로써 Cs 흡착 기작을 규명하였다. 흡착 배치 실험 결과, Cs은 빠르게 Na-S-CMDS에 흡착되어 1시간 내 평형에 도달하였으며, 낮은 Cs 농도(0.5 mg/L) 조건에서도 높은 Cs 제거 효율(> 90.0%)을 보였다. 흡착 등온 모델링 결과, 단일 흡착을 가정하는 Langmuir 흡착 등온 모델에 대응되는 경향을 보였으며, 흡착 동역학 모델링 결과 흡착 경향이 유사 2차 속도(pseudo second order kinetic) 모델과 일치하는 경향을 보였고, 이러한 결과는 단순한 물리적 흡착보다 이온 교환과 같은 화학적 흡착이 우세함을 의미한다. 고농도의 Cs 용액으로 반응시킨 Na-S-CMDS의 XRF/XRD 분석 결과, Na-S-CMDS 내 Na 함량은 감소하고 흡착 전 존재하던 erdite (NaFeS₂·2(H₂O))가 관찰되지 않는 것을 통해, Na⁺과 Cs⁺ 사이에서 활발한 이온 교환 반응이 진행되었음을 알 수 있었다. XPS 분석 결과, Na-S-CMDS에서 Cs와 S 사이의 강한 결합 작용이 관찰되었으며, 이러한 Cs와 S(또는 S-복합체)내 결합에너지 감소도 Na-S-CMDS의 Cs 흡착능을 증가시키는 요인으로 판단되었다. 본 연구를 통해 기존에 폐기물로 처리되었던 석탄광산배수슬러지를 개량하여 제조한 Na-S-CMDS는 기존의 Cs 흡착제보다 제조 비용이 저렴하고, 해수 및 지하수와 같이 이온 강도는 높지만 Cs 농도가 낮은 대규모 오염 수계에서도 Cs 흡착능이 높게 유지되어, 현장에서 효과적인 Cs 흡착제로 사용할 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국토양비료학회지
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• 제36권4호
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• pp.210-217
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• 2003

산화물에 대한 카드뮴의 흡착특성을 모사하기 위하여 토양에 존재하는 대표적 산화광물인 침철광과 석영을 대상으로 회분형 카드뮴 흡착실험을 수행하였다. 토양 광물에 대한 카드뮴의 흡착을 예측하기 위해 기존의 경험적 흡착모델 대신 표면착물 모델을 적용하였다. 모델을 검증하기 위하여 카드뮴의 흡착에 영향을 미치는 pH, 중금속 농도, 산화물 농도 및 이온강도 등의 인자를 조절하며, 다양한 조건하에서 회분형 흡착실험을 수행하였다. 실험결과, 카드뮴의 농도가 증가함에 따라 pH에 따른 흡착 곡선은 알칼리 쪽으로 평행하게 이동하였다. 흡착 실험으로부터 계산한 50%의 카드뮴이 흡착되는 pH인 $pH_{50}$은 합성 침철광이 5.25로 석영의 7.83에 비해 매우 낮아 카드뮴에 대한 표면 결합력이 석영에 비해 합성 침철광이 우세함을 시사하였고 이는 모델의 모사 결과와도 잘 부합하였다. 또한 배경전해질로 사용한 $KNO_3$의 이온강도는 카드뮴의 흡착에 영향을 미치지 않았다. 따라서 카드뮴은 산화광물 표면에 내부이온흡착 메커니즘에 의하여 흡착되는 것으로 판단할 수 있었다.

• 대한환경공학회지
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• 제38권10호
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• pp.543-550
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• 2016

비닐벤질클로라이드(VBC)를 PP부직포에 광그라프트 중합시키고 에칠렌디아민을 이용한 아민반응을 통해 음이온 교환기능기를 갖는 아민형 PP-g-VBC-EDA 흡착제를 제조하고, 회분식 흡착실험을 통해 음이온 영양염에 대한 흡착특성을 평가하였다. 흡착평형은 랭뮤어 흡착등온식과 잘 일치하였으며, 그로부터 계산한 단일층 최대흡착량은 $NO_3-N$이 59.9 mg/g, $PO_4-P$가 111.4 mg/g이었다. 흡착에너지는 8 kJ/mol 이상으로 이온교환이 주된 흡착메커니즘임을 나타내었다. 흡착속도는 이차흡착 속도모델식과 일치하였으며 9.8-36.7 kJ/mol의 흡착활성화에너지를 나타내어 화학적 흡착과정에 의해 지배되었음을 시사하였다. 흡착에 대한 열역학 함수 ${\Delta}G^o$, ${\Delta}H^o$와 ${\Delta}S^o$는 음이온 영양염에 대한 PP-g-VBC-EDA의 흡착이 자발적이고 발열적으로 일어남을 나타내었다. PP-g-VBC-EDA 흡착제는 0.1 N HCl 용액을 이용한 세척과정을 통해 재생할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제43권2호
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• pp.249-258
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• 2005

활성탄을 흡착제로 하여 2탑 6단계의 PSA(압력 순환식 흡착) 공정을 통하여 수소/메탄(부피비로 60%/40%)의 이성분 혼합기체에서 수소를 분리하는 연구를 수행하였다. PSA 공정에서 순도 및 회수율에 영향을 미치는 흡착압력, 공급 가스 유량, P/F 비를 변수로 하여 실험과 전산모사를 수행하였다. 본 공정에서 정상 상태는 15 cycle 이후에 도달하는 것을 알 수 있었다. P/F 비와 압력이 증가하고 공급 유량이 감소할 때 수소의 순도가 증가하였고, 반면에 회수율이 감소하는 것을 알 수 있었다. PSA 공정 전산 모사와 실험을 토대로 순도와 회수율이 최대일 때 최적의 PSA 운전 조건을 정하였다. 최적의 운전 조건은 공급가스의 유량이 22 LPM이고, 흡착 압력이 11 atm이며, P/F 비는 0.10으로 나타났고, 그 결과 수소의 회수율은 75% 이상 얻어졌으며, 순도는 99% 이상의 수소를 얻을 수 있었다. 본 연구에서는 비등온 비단열 상태를 고려하였으며, LDF(linear driving force) 모델과 LRC(loading ratio correlation) 등온식을 고려하여 실험과 예상치를 비교하였다.

• 청정기술
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• 제25권1호
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• pp.56-62
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• 2019

입상 활성탄에 의한 murexide 흡착의 평형, 동역학 및 열역학 파라미터들에 대해 조사하였다. 실험은 흡착제의 양, 염료의 초기농도, 접촉시간과 온도를 변수로 하여 회분식 실험으로 진행하였다. 등온흡착평형관계는 293 ~ 313 K의 범위에서 Freundlich 식에 가장 잘 적용되었으며, Langmuir 식의 분리계수 $R_L$과 Freundlich 식의 분리계수 ${\beta}$로부터 입상 활성탄에 의한 murexide의 흡착조작이 적절한 처리방법이 될 수 있다는 것을 알았다. 또한 Dubinin- Radushkevich 식에서 얻은 흡착에너지(E)로부터 물리흡착공정임을 알 수 있었다. 흡착공정에 대한 동역학적 해석을 통해 반응속도식의 적용 결과는 유사이차반응식이 유사일차반응식보다 일치도가 높은 것으로 나타났다. Gibbs 자유에너지 변화($-0.1096{\sim}-10.5348kJ\;mol^{-1}$), 엔탈피변화($+151.29kJ\;mol^{-1}$)을 통해 흡착공정이 자발적 공정 및 흡열과정으로 진행되었음을 알 수 있었다. 또한 Gibbs 자유에너지 변화는 온도가 올라갈수록 감소하였기 때문에 입상 활성탄에 의한 murexide의 흡착반응은 온도가 올라갈수록 자발성이 높아졌다. 엔트로피 변화 ($512.4J\;mol^{-1}\;K^{-1}$)는 활성탄에 의한 murexide의 흡착반응이 일어나는 동안 고-액 계면에서 무질서도가 증가함을 나타냈다.

• 자원환경지질
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• 제53권5호
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• pp.529-542
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• 2020

질산으로 표면 처리한 대나무 활성탄을 소량 첨가한 구형의 폴리술폰 담체(직경 3 - 5 mm)를 제조한 후, 세슘(Cesium: Cs) 오염수를 대상으로 다양한 실내 실험을 수행하여 담체의 세슘 흡착 특성과 Cs 제거효율을 규명하였다. 배치실험 결과, 질산처리한 대나무 활성탄 5%를 첨가하여 제조한 폴리술폰 담체(P-5NBC)는 수 시간 내에 흡착평형에 도달하였고, 1시간 흡착시간 동안 57.8%의 Cs 제거효율을 나타내었다. 흡착시간이 24시간인 경우에는 오염수의 온도와 pH가 비교적 넓은 범위에서도 P-5NBC의 Cs 제거효율이 69%이상을 유지하여, 다양한 수환경 조건에서 Cs 제거를 위해 적용이 가능할 것으로 판단되었다. 토양과 지하수에 서식하는 대표 미생물종인 Pseudomonas fluorescens와 Bacillus drentensis를 배양하여 P-5NBC 표면에 도포한 경우, 미생물을 도포하지 않은 기존 P-5NBC보다 Cs 제거효율은 각각 19%와 18% 증가하였다. P-5NBC의 평균 Cs 탈착율은 16% 이하를 나타내어, Cs가 폴리술폰 담체에 포함된 질산처리한 대나무 활성탄에 안정적으로 결합하고 있었다. 두 종류의 미생물로 도포한 P-5NBC로 충진하여 연속 칼럼실험을 수행한 결과, 100 공극체적량을 처리하는 동안 Cs 제거효율은 80%이상을 유지하였으며, 이러한 결과는 14.7 g의 P-5NBC 만으로(담체 내 순수 대나무 활성탄량: 0.75 g) 7.2 L의 오염수 (오염수 초기 Cs 농도: 1 mg/L; 처리수 Cs 농도: < 0.2 mg/L)를 성공적으로 처리하였음을 의미한다. 1시간 동안 반응시킨 Cs 흡착 배치실험 결과를 대표적인 Langmuir 흡착등온선에 도시한 결과, P-5NBC의 최대 Cs 흡착농도(q_m: mg/g)값은 60.9 mg/g으로, 기존 선행 연구들에서 사용한 다른 흡착제들보다 높았다. 본 연구를 통하여 소량의 P-5NBC 구형 담체를 이용하여 다양한 수환경에서 Cs를 성공적으로 제거할 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국지하수토양환경학회지:지하수토양환경
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• 제14권4호
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• pp.23-32
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• 2009

본 연구에서는 pH(3 ~ 11)에 따른 카올리나이트(kaolinite)와 유로퓸(Eu(III)의 흡착에 있어서 휴믹산(HA)이 미치는 영향을 회분식 실험(V/m = 250 : 1 mL/g, $C_{Eu(III)}\;=\;1\;{\times}\;10^{-5}\;mol/L$, $C_{HA}\;=\;5{\sim}50\;mg/L$, $P_{CO2}=10^{-3.5}\;atm$)을 통해 조사하였다. 반응 상등액 중 HA 농도는 254 nm에서의 UV 흡광도(즉, $UV_{254}$) 분석을 통해 결정하였고, Eu(III) 농도는 마이크로웨이브(microwave)를 통한 전처리 후 ICP-MS를 이용하여 측정하였다. 실험결과, 카올리나이트에 대한 HA의 흡착은 전형적인 Langmuir 흡착 특성(pH 3 제외)을 보였으며, pH가 증가할수록 감소하였다. pH 4 ~ 11에서의 최대 흡착량($q_{max}$)은 4.73 ~ 0.47 mg/g의 범위이었다. 카올리나이트에 대한 Eu(III) 흡착은 pH 3 ~ 5에서 급격히 증가한 이 후 pH 6이상에서 흡착포화(adsorption edge)에 도달하는 전형적인 Eu-광물질 흡착곡선을 보였다. 그러나 HA가 존재하는 경우 pH에 따른 흡착특성에 변화를 보였다. 즉, pH가 낮은 산성영역(pH 3 ~ 4)에서는 카올리나이트에 흡착된 HA에 의한 Eu의 추가 흡착으로 인해 Eu의 흡착율이 상승하나, 중성 및 알칼리 영역(pH > 6)에서는 용존성 EuHA 착물 형성으로 인해 Eu 흡착율이 크게 감소하였다. 이러한 카올리나이트-Eu-HA 삼성분계에서의 흡착실험 결과는 카올리나이트-HA, 카올리나이트-Eu 등의 결과와 비교 해석하였고, pH에 따른 흡착 기작의 차이점을 고찰하였다.

• 한국환경과학회지
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• 제18권6호
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• pp.645-654
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• 2009

Lab-scale Electrodialysis(ED) system with different membranes combined with before or after pyroma process were carried out to remove nitrate from two pickling acid wastewater containing high concentrations of $NO_3\;^-$(${\approx}$150,000 mg/L) and F($({\approx}$ 160,000 mg/L) and some heavy metals(Fe, Ti, and Cr). The ED system before Pyroma process(Sample A) was not successful in $NO_3\;^-$ removal due to cation membrane fouling by the heavy metals, whereas, in the ED system after Pyroma process(Sample B), about 98% of nitrate was removed because of relatively low $NO_3\;^-$ concentration (about 30,000 mg/L) and no heavy metals. Mono-selective membranes(CIMS/ACS) in ED system have no selectivity for nitrate compared to divalent-selective membranes(CMX/AMX). The operation time for nitrate removal time decreased with increasing the applied voltage from 10V to 15V with no difference in the nitrate removal rate between both voltages. Nitrate adsorption of a strong-base anion exchange resin of $Cl\;^-$ type was also conducted. The Freundlich model($R^2$ > 0.996) was fitted better than Langmuir mode($R^2$ > 0.984) to the adsorption data. The maximum adsorption capacity ($Q^0$) was 492 mg/g for Sample A and 111 mg/g for Sample B due to the difference in initial nitrate concentrations between the two wastewater samples. In the regeneration of ion exchange resins, the nitrate removal rate in the pickling acid wastewater decreased as the adsorption step was repeated because certain amount of adsorbed $NO_3\;^-$ remained in the resins in spite of several desorption steps for regeneration. In conclusion, the optimum system configuration to treat pickling acid wastewater from stainless-steel industry is the multi-processes of the Pyroma-Electrodialysis-Ion exchange.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제27권6호
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• pp.1138-1149
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• 2017

The use of microalgal biomass is an interesting technology for the removal of heavy metals from aqueous solutions owing to its high metal-binding capacity, but the interactions with bacteria as a strategy for the removal of toxic metals have been poorly studied. The goal of the current research was to investigate the potential of Burkholderia tropica co-immobilized with Chlorella sp. in polyurethane discs for the biosorption of Hg(II) from aqueous solutions and to evaluate the influence of different Hg(II) concentrations (0.041, 1.0, and 10 mg/l) and their exposure to different contact times corresponding to intervals of 1, 2, 4, 8, 16, and 32 h. As expected, microalgal bacterial biomass adhered and grew to form a biofilm on the support. The biosorption data followed pseudo-second-order kinetics, and the adsorption equilibrium was well described by either Langmuir or Freundlich adsorption isotherm, reaching equilibrium from 1 h. In both bacterial and microalgal immobilization systems in the co-immobilization of Chlorella sp. and B. tropica to different concentrations of Hg(II), the kinetics of biosorption of Hg(II) was significantly higher before 60 min of contact time. The highest percentage of biosorption of Hg(II) achieved in the co-immobilization system was 95% at pH 6.4, at 3.6 g of biosorbent, $30{\pm}1^{\circ}C$, and a mercury concentration of 1 mg/l before 60 min of contact time. This study showed that co-immobilization with B. tropica has synergistic effects on biosorption of Hg(II) ions and merits consideration in the design of future strategies for the removal of toxic metals.