Kinetics of Silica Sorption and Desorption in Soil as affected by pH and Temperature

pH 와 온도(溫度)에 따른 토양(土壤)의 규산(硅酸) 흡(吸) · 탈착(脫着)에 대(對)한 역학적(力學的) 연구(硏究)

Kinetic studies using stirred-flow methods were conducted with the Luisiana soil at three pH levels(pH 5, 6.5, and 8) and three temperature levels(10, 25, and $40^{\circ}C$) to explore effects on the rate of silica retention and release and to find out reaction mechanisms. In this study the maximum silica retention could not be obtained for long enough experimental time. The silica sorption isorption was C type fitted well to Freundlich equation. The pH of the soil suspension increased by the silica release process at low pH treatments(pH 5 and 6.5), while decreased at high pH treatment(pH 8). From the above findings It can be deduced that the mechanism of silica retention is a multilayer forming process to change the ligand form depending on pH condition. In the proposed mechanism the sorbed silica provide new binding sites for additional sorption of silica, while the activation energy for the formation of subsequent layers increases correspondingly. The silica retention and release process were well described by first-order and parabolic diffusion equation. However, clear interpretation for silica sorption mechanism using these equations could not be made. The validity of the fraction term (Fa and Fd) included in first-order and parabolic diffusion equation requires further examinations because the temperature effect on apparent rate constant shows no constant trends among temperature treatments, while there was a good trend in Elovich and modified Freundlich equation where the fraction term was not included.

규산(硅酸)의 흡(吸) 탈착기구(脫着機構)를 밝히기 위하여 pH 3수준(水準)(pH 5, 6.5, 8)과 온도(溫度) 3수준(水準)을 두고 stirred-flow 방법(方法)을 이용(利用)한 kinetic study를 실내실험(室內實驗)으로 수행(遂行)하였다. 실험(實驗) 결과(結果)는 아래와 같다. 1. 규산(硅酸)의 흡(吸) 탈착량(脫着量)은 실험기간내(實驗期間內)에 최대치(最大値)에 도달(到達)하지 않고 계속(繼續) 증가(增加)하였다. 2. 규산(硅酸)의 흡(吸) 탈착량(脫着量)은 pH증가(增加)와 온도(溫度) 증가(增加)에 따라 크게 증가(增加)하였으며 pH의 영향(影響)은 온도(溫度)의 영향(影響)에 비(比)하여 컸다. 3. 규산(硅酸)의 등온(等溫) 흡착(吸着)은 C type 형태(形態)인 것으로 나타났으며 Freundlich 등온(等溫) 흡착식(吸着式)을 따르는 것으로 나타났다. 4. 탈착(脫着) 과정후(過程後)의 pH 변화(變化)는 낮은 pH처리(處理) 조건(條件)(pH 5, 6.5)에서는 증가(增加)하는 반면(反面) 높은 pH 조건(條件)에서는 감소(減少)하였다. 위의 결과(結果)들을 종합(綜合)하여 볼때 규산(硅酸)의 토양흡착(土壤吸着) 기구(機構)는 다분자층(多分子層) 흡착(吸着)으로서 흡착(吸着)된 규산(硅酸)이 새로운 흡착(吸着)자리를 제공(提供)하나 흡착(吸着)에너지는 흡착량(吸着量)이 배가(培加)될수록 지수적(指數的)으로 감소(減少)되며, 한편 pH 조건(條件)에 따라 흡착(吸着) ligand 형태(形態)가 변(變)하는 것으로 보였다. 5. 규산(硅酸) 흡(吸) 탈착(脫着)의 역학(力學)은 first-order와 parabolic diffusion 역학(力學) 등식(等式)에 잘 부합(附合)되나 이들을 이용(利用)한 흡착기구(吸着機構)에 대(對)한 설명(說明)은 본(本) 실험(實驗)에서 어려웠다. 6. First-order와 parabolic diffusion 역학(力學) 등식(等式)에 사용(使用)되는 fraction term(Fa와 Fd)은 반응속도(反應速度)에 미치는 온도(溫度)의 영향(影響)의 평가(評價)시 나쁜 영향(影響)을 끼치므로 이에 대(對)한 연구(硏究)가 필요(必要)한 것으로 보였다.