In this study washing efficiency and desorption isotherms for heavy petroleum oil (HPO), Zn, and Pb bound to complex contaminated soils were examined using various soil flushing agents. Sodium dodecyl sulfate (SDS), methanol, ethylene diamine tetraacetic acid (EDTA), and citric acid were selected as soil flushing agents. 3% (w/v) and 4% SDS showed the highest removal efficiency for HPO, but the difference was not statistically significant (p > 0.05). Thus, 3% SDS was chosen as the best soil flushing agent for HPO. In the case of heavy metals, 0.1-M EDTA showed the highest removal efficiencies. But 0.05-M citric acid was selected due to its economic and eco-friendly strengths. The desorption isotherms obtained using Freundlich and Langmuir models indicated that the maximum desorption characteristics ($K_F$ and $Q_{max}$) of HPO with 4% SDS and 90% methanol and heavy metals with 0.1-M EDTA and 0.1-M citric acid, respectively, were markedly lower than in other cases. In addition, when 4% SDS and 90% methanol were used for HPO in the range of $C_e$ higher than 600 mg/L, and when 0.1M citric acid and 0.1M EDTA were used for Zn and Pb in the range of $C_e$ higher than 300 and 100 mg/L, respectively, the distribution constant converged to certain levels. Thus, constant values of $K_U$ and $K_L$ were determined. It was found that these constants represent the maximum desorption capacity and they can be used as distribution coefficients of desorption equilibrium for the flushing agents. The results of this study provided fundamental information for the selection of the best agents as well as for the process design and operation of soil washing/soil flushing of complex contaminated soils.
본 연구에서는 생물흡착제인 미역을 사용하여 인공폐액내의 중금속의 흡착 특성을 조사하였으며, 다음과 같은 결론을 얻었다. 미역 폐기물을 이용하여 제조된 생물흡착제의 단일 중금속 흡착효율은 각 중금속 100 mg/L인 용액에 biosorbent 3g을 처리했을 때 Pb는 거의 100%였고, Cu와 Cd가 약 $85{\sim}86%$, Zn과 Cr은 약 $60{\sim}64%$, Co와 Ni은 약 57%, Mn은 약 48%였다. 복합중금속 흡착효율은 단일중금속 흡착효율에 비하여 Pb를 제외한 다른 중금속들은 크게 감소되었으나 biosorbent g당 전체 중금속 흡착량은 더 증가되었다. 온도, pH에 따른 중금속 흡착효율은 별 차이가 없었으며 전반적으로 pH는 pH $5{\sim}6$ 범위, 온도는 $20{\sim}30^{\circ}C$ 범위의 실온이 적당한 것으로 나타났다. 생물흡착제의 흡착평형은 모든 중금속이 1시간 이내에 이루어졌다. Freundlich과 Langmuir 등온흡착식을 구하여 실제폐수처리에 적용여부를 검토한 결과 Pb, Cu, Cr, Cd, Co 순으로 비교적 친화도가 큰 것으로 나타났고, Freundlich 등온 흡착식에 가장 잘 일치하였다. 모든 중금속의 Freundlich 지수 1/n값이 $0.1{\sim}0.5$ 범위에 포함되어 흡착이 용이하고, Pb, Cr, Cu, Cd 순으로 비교적 평형 흡착량이 큰 것으로 나타났으며, 이 결과는 Langmuir 흡착등온식의 결과와 거의 유사하였다. 따라서, 중금속 농도범위에 따른 한계범위를 설정하여 등온흡착식을 적용시키면 매우 높은 중금속 처리효율을 나타낼 것으로 판단된다. 생물흡착제가 중금속 흡착 후의 구조적인 특성을 조사하기 위하여 FT-IR분석 결과, 중금속 이온과 치환될 것으로 생각되는 functional group을 확인할 수 있었으며, 3,400/cm에서의 -OH group, 1,648/cm에서의 C=O bond,1,426/cm에서의 C-O bond그리고 850/cm에서의 S=O등이 전반적으로 중금속 흡착 후에 peak가 커지는 것이 관찰되었다. 생물흡착제의 재사용 가능성을 검토하기 위하여 최적의 중금속 탈착조건 검토하였는데, 탈착제 종류에 따른 중금속 탈착효율은 탈착제 종류와 중금속 종류에 따라 차이가 있었고, 전반적으로 NTA>$H_2SO_4$>HCl>EDTA 순으로 우수하였으며, 전체적으로 특정 중금속의 탈착효율이 떨어지지 않는 NTA가 탈착제로 가장 적합하였다. NTA농도에 따른 중금속 탈착효율은 NTA $0.1{\sim}0.3%$ 농도범위에서는 농도 증가에 따라 탈착 효율도 약간 증가되었으나 그 이상의 농도에서는 별 차이 없었다. 온도와 pH 변화에 따른 중금속 탈착효율은 Cr을 제외한 다른 중금속들은 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났으며 전반적으로 온도는 $30^{\circ}C$, pH는 2에서 높았다. 탈착제 접촉 반응시간에 따른 탈착효율은 10분 이내에 전체 탈착량의 80%이상이 탈착 되었으며 1시간 이후에는 거의 변화가 없었다.
According to the fact that algae, which is usually used as a biosorbent, contains chlorophyll, we used the chlorophyll as an adsorbent. In this study, chlorophyll is immobilized by agar, which was made of platan, oak, ginkgo and pine. We investigated the removing capacity of biosorbents to toxic heavy metals (Pb, CU, Cd, Zn) in the single ion solution. Then the experimental parameters were pH, reaction time and concentration of heavy metal ions.The optimum conditions for the adsorption of heavy metals were as follows : pH range was 4~5, reaction time was 40mon, and the highest ratio of the removing rate was 50~70 ppm. The order of the amount of Pb, Cu and Cd removed was specified as oak > ginkgo > pine > platan in these conditions and as pine > ginkgo > oak > platan at Zn. Fro the results of the desorption experiments, we found that the heavy metal with the highest ratio of desorption in the single ion adsorbent was Cu.
Kim, Sook-Young;Lee, Jae-Suk;Kim, Young-Man;Choi, Beom-Suk
분석과학
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제14권6호
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pp.530-534
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2001
Effect of stripping solutions on the Duolite GT-73 chelating resin for ten elements, Ag(I), Al(III), Ca(II), Cd(II), Cu(II), Fe(II), Hg(II), Mn(II), Pb(II), and Zn(II), was investigated. Relation between affinities of the metal ions and solubility products of metal sulfides was studied. The smaller the solubility product of metal sulfideis, the larger the affinitie with the ionsis. The ions which have the solubility products larger than $10^{-23}$ could be effectively desorbed with nitric acid. Complexation with chloride ion enhanced the desorption efficiencies of the ions having moderately strong affinity with the resin. The ions which have very strong affinity by the chelating resin can be desorbed by complextion with thiourea and hydrochloric acid.
The biosorption and desorption of Cd were carried out using brown marine algae, known as the good biosorbent of heavy metals. The content of alginate bound to light metals could be changed by the physical and the chemical pretreatment of Sargassum fluitans biomass. The Cd uptake was independent of the alginate content. In case of protonated biomass, Cd uptake was the lowest because the alginic acid of biomass was dissolved to cadmium solution during the biosorption. The maximum Cd uptake of Sargassum biomass was ranged from 79 mg/g to 139 mg/g. In case of raw biomass, the higher the alginate content of biomass, the higher was the Cd uptake. 100% of Cd and light metals sorbed in the biomass were eluted at 0.1N HCI(pH 1.1). However, the elution efficiency in $CaCl_2$ and $Ca{(NO_3)}_2$solution was varied by the concentration, the solid to liquid ratio and the pH of calcium solution. The distribution coefficient between Cd and protons in the desorption solution at pH ranged from 1.6 to 2.9 was observed on the constant stoichometric coefficient(1.3).
미생물에 의한 흡착법으로 중금속을 효과적으로 제거, 회수할 수 있다. 알콜 발효 후 부산물로 생성되는 폐 Saccharomyces cerevisiae는 비교적 가격이 저렴하고, 중금속 생체흡착에 유용한 자원으로 이용될 수 있다. 생체흡착 실험에 사용된 미생물은 부유 및 alginate에 고정화된 S. cerevisiae로 수행하였다. 회분식 실험에서 생체흡착량은 Pb > Cu > Cd의 순으로 이루어졌다. Pb 이온의 흡착 평형은 Freundlich와 Langinuir 모델로 설명하였고, Freundlich 모델이 실험자 료와 잘 부합되었다 고정화된 S. cerevisiae를 이용한 혼합용액( Pb, Cu, Cr 및 Cd )흡착 실험에서 각 중금속들은 선택적 흡착 특성을 나타내었다. 고정화 미생물을 고정층 반응기에 충진하여 혼합 중금속 용액의 생체흡착 실험을 수행한 결과 Pb 이온이 가장 많이 흡착을 하였다. 고정화된 미생물에 흡착된 Pb의 탈착실험에서 0.1M의 HCI 및 $H_2SO_4$가 효과적이었다.
Washing technique using solubilization and surfactant as a extractant was studied by removing contaminants from the cohesive soil contaminated with heavy metal. For this purpose, the laboratory desorption batch tests were peformed in the kaolinite contaminated with lead by using acetic acid as a solubilization and SDS as a anionic surfactant. In desorption batch tests, the effects of extractant concentration and mixing ratio were investigated and also the coupling effects of acetic acid added with surfactant were considered. Test results show that the removal efficiency of acetic acid as a extractant in the kaolinite contaminated with lead increased with increasing the concentration of acetic acid and the acetic acid was found to be more effective when adding CMC 2 or 3 of surfactant. Additionally, regardless of the initial concentration, the efficiency of lead removal from the contaminated soil increased with increasing shaking ratio.
Humic acids are macromolecules originated from natural water, soil, and sediment. The characteristics of humic acid enable it to change the distribution of metals as well as many kinds of organic contaminants and to determine the sorption of them from soil solution. To see the effect of humic acid on the removal rate of organic contaminants and heavy metals, batch-scale experiments were performed. As a natural geosorbent, black shale was used as a sorbent media, which showed hight sorption capacity of trichloroethylene (TCE), lead, cadmium and chromium. The effect of sorption-desorption, pH, ionic strength and the concentration of humic acid was taken into consideration. TCE sorption capacity by black shale was compared to natural bentonite and hexadecyltrimethylammonium (HDTMA) modified bentonite. The removal rate was good and humic acid also sorbed onto black shale very well. The organic part of humic acid could effectively enhance the partition of TCE and it act as an electron donor to reduce Cr(VI) to Cr(III). Cationic metal of Pb(II) and Cd(II) also removed from the water by black shale. With 3 mg/L of humic acid, both Pb(II) and Cd(II) were removed more than without humic acid. That could be explained by sorption and complexation with humic acid and that was possible when humic acid could change the hydrophobicity and solubility of heavy metals. Humic acid exhibited desorption-resistivity with black shale, which implied that black shale could be an alternative sorbent or material for remediation of organic contaminants and heavy metals.
생물흡착현상을 이응한 중금속오염폐수 처리기술 개발을 위한 기초연구로서 중금속흡착능이 있는 것으로 알려진 U. pinnatifida, E. stolonifera, Laminaria sp., G. amansii 등 4종의 해조류를 대상으로 중금속 흡착 특성을 조사하였다. 해조류 종류별 중금속 흡착능력은 U. pinnatifida$\geq$E. stolonifera$\geq$Laminaria sp.>G. amansii 순이었으며, 중금속 $100mg/{\ell}$ 농도에서 Pb는 $93{\sim}99%$ 정도 흡착이 되었고, Cu와 Cd는 $70{\sim}80%$ 절도 흡착되었다. $CaCl_2$을 이용하여 해조류의 작용기를 치환함으로서 중금속 흡착 및 탈착성능이 개선되었으며, 온도와 pH에 따른 중금속 흡착 변화는 큰 차이가 없었다. U. pinnatifida의 중금속 흡착은 Freundlich 흡착등온식 보다는 Langmuir 흡착등온식에 잘 일치하였고, Cu, Cd 및 Zn에 비해서 Pb가 상당히 흡착친화도가 큰 것으로 나타났다. U. pinnatifida의 중금속별 흡착효율은 다성분계 중금속일 때가 단성분계일 때 보다 감소하였으며, 탈착제로서 NTA를 처리하였을때 흡착된 중금속의 탈착효율이 가장 높았다.
LDHs(layered double hydroxides) are of use adsorbent to remove heavy metals, micro-organic pollutants as well as high concentration of phosphorus from wastewater to low concentration of surface water without pH adjustments. This study examined the generation condition of LDHs saturated with phosphorus. Less than 20% regeneration rate was obtained in the absence of alkali and regeneration solution. After the desorption of LDHs with several conditions of acid and alkali solution, more than 60% of regeneration rate could be expected in the case of using $MgCl_2$ as regeneration solution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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