토양과 유기화합물의 접촉시간은 흡착과 탈착의 특성에 영향을 미치는 중요한 요소 중의 하나이다. 본 연구에서는 atrazine의 토양 흡착과 탈착에 미치는 접촉시간의 영향을 연구하였다. 등온 흡착실험을 수행하여 토양과 수용액 사이의 분배계수를 구하였고, 탈착에 대한 동력학 실험을 수행하고 three-site desorption모델을 이용, 회기분석 하여 탈착속도 계수들을 추산하였다. atrazine과 토양의 접촉시간은 2일에서부터 8개월까지 변화시켰다. 2일 흡착에 대한 atrazine의 흡착등온 곡선은 거의 선형이었고$(r^2>0.97)$, 흡착분배계수는 토양의 유기탄소 함량과 강한 양의 상관관계를 가졌으며 사용한 모든 토양에서 접촉시간이 길어질수록 증가하였다. 흡착곡선에서의 비선형성은 Houghton muck토양을 제외하고는 접촉시간에 따라 증가하지 않았다. 탈착실험 분석으로부터 접촉시간이 증가함에 따라 equilibrium site분율은 감소하고 non-desorbable site 분율은 증가함을 알 수 있었다. 사용한 모든 토양에서 토양유기탄소 함량으로 표준화한 경우 desorbable sites 에서의 atrazine농도는 접촉시간에 따라 비교적 일정한 것에 비해 non-desorbable site에서의 atrazine농도는 접촉시간이 증가함에 따라 증가하였다.
국내에서 다량 생산되는 갈조류인 미역포자엽, 다시마, 톳, 모자반으로부터 fucoidan을 추출, 분획하여 Pb와 Cd의 흡착 특성을 조사하였다. 4종의 갈조류에서 추출한 fucoidan의 분획물 모두 Pb의 흡착량이 Cd보다 높았으며, 시료간에는 미역포자엽 분획물 (Fr-3.0)이 Pb와 Cd 모두 흡착력이 상대적으로 우수하였다. pH와 농도 변화에 따른 홉착력의 변화는 $C_f$ (잔류농도)가 50mg/L까지는 pH 간 차이가 없었으나, 농로가 증가함에 따라 pH 5.5 처리구가 다른 처리구에 비하여 흡착량이 증가하였다. 실험을 통하여 얻은 Pb 와 Cd의 최대 흡착량은 pH 5.5에서 각각 94mg/g ($C_f$164mg/L), 64mg/g ($C_f$197mg/L)였으며 Langmuir sorption model을 통해 구한 최대 흡착량은 pH 5.5에서 각각 178mg/g, 122mg/g이었다. Cd 공존시 Pb 흘착량은 $C_f$가 낮을 범위에서는 변화가 없었으나 $C_f$가 증가함에 따라 공존 이온의 흡착 방해로 인하여 감소하였다.
콩우유 비지를 acetone과 ethyl alcohol로 세척한뒤 $60^{\circ}C$에서 건조시킨 건조비지의 흡습특성(吸濕特性)과 건조비지를 밀가루에 혼합하였을때 수분함량과 수분활성도 간의 관계를 밝히고져 본 연구를 시행하였다. 건조비지는 상대습도(相對濕度)(RH)별(別)로 $20^{\circ}C$에서 저장중 평형 수분함량에 도달하기 전에 과흡습(過吸濕) 경향을 보였으며 저장중의 흡습농도(吸濕溫度)는 모든 RH에서 높은 상관계수를 갖는 log(dw/dt)=b log t+log a의 관계식으로 계산이 가능하였다. 또한 건조비지를 밀가루와 혼합하였을때 등온흡습곡선(等溫吸濕曲線)으로부터 얻어지는 수분함량(Mi)과 수분활성도(Aw)간의 관계는 Mi=b Aw+ a의 직선 관계식을 보여 주었다. 이 식(式)을 타연구자(他硏究者)들이 제안한 식(式)들과 비교할때 실측치(實測値)에 더 유사한 계산값을 보여 본 연구에서 제안한 식(式)이 건조 비지와 밀가루의 혼합물(混合物)에는 적합(適合)한 관계식이라 할 수 있었다.
본 연구에서는 자연토양에 대한 방사성 핵종(Co, Sr)의 단일 성분의 흡착 및 탈착 거동 특성과 Carboxymethyl-${\beta}$-cyclodextrin(CMCD)를 이용한 탈착저항성에 대한 연구를 수행하였다. 방사성핵종의 흡착 거동을 살펴보기 위하여 흡착속도 실험과 등온 흡착 실험을 수행 하였으며, 흡착 실험 결과를 기존의 흡착 모델식에 적용하여 보았다. 탈착 실험은 일정한 pH와 이온강도 조건에서 CMCD를 주입하였을 때와 주입하지 않았을 때의 탈착경향을 비교분석 하였다. 흡착 실험 결과 자연토양에 대해 스트론튬(Sr)이 코발트(Co) 보다 흡착이 잘 되었고, 코발트, 스트론튬 모두 흡착 속도는 pseudo-second order model을, 그리고 등온 흡착결과는 Sips model을 따르는 것으로 나타났다. 방사성 핵종의 탈착은 비가역적인 형태의 탈착거동을 보였으며, CMCD의 주입량 증가함에 따라 탈착도 증가하는 결과를 나타냈다.
상업적으로 생산되는 조미김의 흡습특성을 조사하기 위하여 조미김과 2종의 흡습제 (silica gel, zeolite)의 등온흡습곡선을 30, 40, 5$0^{\circ}C$에서 포화염용액을 사용하여 측정하였다. 실험온도 및 상대습도 범위내에서 평형수분함량에 도달하는데 조미김은 4~6시간, silica gel은 20~25시간, zeolite는 43~46시간이 소요되었다. 조미김과 흡습제의 등온흡습곡선은 모두 전형적인 sigmoid형 곡선을 나타냈다. BET식을 활용하여 구한 단분자층 수분함량은 조미김이 각 온도(30, 40, 5$0^{\circ}C$)에서 5.26, 4.46, 3.49% (d.b.)이었고, silica gel은 17.32, 15.24, 12.89% (d.b.), 그리고 zeolite가 16.87, 14.92, 14.33%(d.b.)로서 조미김에 비해 흡습제가 높은 범위의 단분자층 수분함량을 나타냈다. 또한 단분자층 수분함량은 온도가 증가함에 따라 실험온도 범위 내에서 직선적으로 감소함이 발견되었다 포장재의 투습도 역시 온도의 영향을 받음을 알 수 있었는데, 조미김 포장재의 투습계수의 온도의존성은 Arrhenius식으로 표시할 수 있었다.
옥수수전분과 분리대두단백 혹은 옥수수전분과 카제인으로 제조된 이상혼합물(二相混合物)의 수분흡수율 측정 분석 하였으며, 다중회귀분석법을 이용(利用) 혼합물(混合物)의 구성비와 수분활성도의 수치(數値)로부터 혼합물(混合物)의 수분함량을 예측가능케 하는 다중회귀방정식을 구하였다. 옥수수전분과 분리대두단백으로 구성된 13개의 실험구에서 수분함량 측정치(値)와 예측치(値)를 비교했을때 최대오차는 6.06%이었고, 오차의 절대치(値) 평균은 2.60%로 나타난다. 그리고 옥수수전분과 카제인으로 구성된 이상혼합물(二相混合物)은 최대오차 -4.39%, 오차의 절대치 평균은 단지 2.12%로 측정치(値)와 예측치(値) 거의 일치함을 보여 주었다. 또한 중량비(比) 50 : 50인 이상혼합물(二相混合物)의 수분흡습곡선을 비교 분석하였을 때도 측정한 흡습곡선과 예측한 흡습곡선 간(問)에는 거의 일치하는 것으로 나타났다.
본 연구는 하수슬러지를 토양개량재로 적용에 따른 세 가지 유기인계 농약 Diazinon, Fenitrothion, Chlorpyrifos의 흡착특성에 관하여 분석하였다. 유기인계 농약 흡착시험 결과, 농약 흡착 등온식은 Freundlich 식이 잘 맞았다. Freundlich 상수 중 하나인 N은 모든 농약에서 1에 가까운 수치를 보였으나, 유기물 함량이 증가할수록 Freundlich 상수값인 N 값은 감소하였다. 또한 Freundlich식에서 흡착능을 나타내는 K값은 농약의 물에 대한 용해도가 감소할수록 증가하였으며, 토양에 슬러지를 첨가한 시료에서는(Soil-Sludge) 토양내 유기물 함량의 증가로 농약 흡착량은 슬러지가 첨가되지 않은 시료(A-Soil)에 비해 2∼4배 정도 증가하였다. 토양층을 모사한 토양 컬럼에서 농약의 용출 특성은 물에 대한 용해도가 큰 농약일수록 용출 비율은 증가하였다. 또한 토양에 슬러지가 첨가됨에 따라 토양내 유기물 함량 증가하면 토양에서 농약 흡착량이 증가되어 농약이 토양하층으로 침투가 억제, 농약의 용탈 정도가 감소하였다.
본 연구는 지표수나 호소수 등에서 유기 및 무기오염물질의 저감을 위해 반응매질로서 사용되는 black shale 및 영가철의 수중의 무기인산염을 흡착제거하는 데 있어서의 정량적 특성을 알아보았다. 무기인산염의 회분식 흡착실험에는 갯벌에서 마련한 퇴적토, black shale, 영가철이 흡착제로 사용되었으며 인산염의 흡착에 미치는 영향을 공존 칼슘이온의 농도를 0, 1, 5 mM로 변화시켜 실험하였다. 칼슘이온의 공존과 함께 세 흡착제에 대한 인산염 농도감소를 빠른 흡착계수(k$_f$), 느린 흡착계수(k$_s$)과 침전계수(k$_p$)로 구성된 kinetic model을 이용하여 해석하였다. 등온흡착의 결과는 Langmuir와 Freundlich 모델을 적용하였으며 퇴적토, black shale, 영가철에 대한 Freundlich 모델의 K$_f$값은 각각 1.141, 7.721, 그리고 4.873였다. 공존하는 칼슘이온과의 침전가능성으로 인하여 kinetic model에서는 칼슘농도와 침전제거간의 상관관계가 있었으나 등온흡착식에서 인산염의 최대흡착량에는 칼슘농도가 영향을 미치지 않았다.
본 연구에서는 수용액 중의 불소이온을 제거할 수 있는 흡착제로서 란탄수산화물의 활용 가능서을 검토하였다. 란탄 수산화물을 대상으로 회분식 흡착실험을 수행하고, 그 결과를 바탕으로 pH 영향, 흡착속도, 흡착등온 및 흡착에너지 등을 살펴보았다. 란탄수산화물은 pH 8.8 이하의 산성영역으로 갈수록 불소 제거율이 증가하는 특성을 나타냈다. 란탄수산화물의 불소 흡착평형은 Langmuir isotherm 보다는 Fruendlich isotherm 모델과 더 일치하였다. D-R 모델로부터 구한 흡착에너지는 9.21 kJ/mol로 이온교환메커니즘을 나타내는 범위에 속하였으며, 흡착속도는 2차 속도모델과 일치하는 거동을 보였다. 열역학적 상수 ${\Delta}Go^{\circ}$, ${\Delta}H^{\circ}$와 ${\Delta}S^{\circ}$는 란탄수산화물의 불소흡착특성이 자발적이고 흡열반응임을 나타냈다. 란탄수산화물은 1N NaOH로 재생 가능하며, 실 지하수에 대한 흡착실험 결과, 란탄수산화물이 PA보다 불소에 대한 이온선택성은 물론 제거율이 높았다.
Waste glass disposal causes environmental problems in the cities. To find a suitable green environmental solution for this problem low cost adsorbent in this study was prepared from waste glass. An effective new green adsorbent was synthesized by hydrothermal treatment of waste glass (WG), followed by acidic activation of its surface by HCl (WGP). The prepared adsorbent was characterized by scanning electron microscopy (SEM), X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction (XRD), and BET surface measurement. The developed adsorbent was used for the removal of heavy metals (Cd, Cu, Fe, Pb and Zn) from well water. Batch experiments were conducted to test the ability of the prepared adsorbent for the removal of Cd, Cu, Fe, Pb and Zn from well water. The experiments of the heavy metals adsorption by adsorbent (WGP) were performed at different metal ion concentrations, solution pH, adsorbent dosage and contact time. The Langmuir and Freundlich adsorption isotherms and kinetic models were used to verify the adsorption performance. The results indicated high removal efficiencies (99-100%) for all the studied heavy metals at pH 7 at constant contact time of 2 h. The data obtained from adsorption isotherms of metal ions at different time fitted well to linear form of the Langmuir sorption equation, and pseudo-second-order kinetic model. Application of the resulted conditions on well water demonstrated that the modified waste glass adsorbent successfully adsorbed heavy metals (Cd, Cu, Fe, Pb and Zn) from well water.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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