Adsorption of Anionic Species on Clay Minerals

This research was designed to investigate the removal of anionic species, such as $F^-$, $Cl^-$ and ${NO_3}^-$, by adsorption on the clay minerals. Bentonite, $Ca^{2+}$ or $Na^+$ ion exchanged bentonite and montmorillonite, such as KSF and K10 from Sigma Aldrich, were used as the adsorbent. The component of five inorganic adsorbent was analyzed by XRF and XRD and the concentration of anion was measured by ion chromatography. From the experimental results, it was shown that the adsorption equilibrium was attained after 8-24 hours. For the amount of 6 g of each adsorbent, the adsorption capacities of $F^-$ and ${NO_3}^-$ on KSF was the largest as $825\;{\mu}g/g$ and $707\;{\mu}g/g$ respectively and that of $F^-$ on $Ca^{2+}$ ion exchanged bentonite was $255\;{\mu}g/g$ and that of ${NO_3}^-$ on K10 was $103\;{\mu}g/g$. In general, the efficiency of removal for the anionic species was increased with increasing of the amount of the adsorbent. Especially, for the amount of 6 g of KSF, the efficiency of removal for $F^-$ and ${NO_3}^-$ was 99% and 95% respectively. But, for all adsorbents, the efficiency of removal for $Cl^-$ was less than 9%. Also, a Freundlich equation was used to fit the acquired experimental data. As the result, for the $F^-$ and ${NO_3}^-$ on KSF, Freundlich constants, K, was respectively 1.09 and $0.45\;[mg/g][L/mg]^{1/n}$ and the adsorption intensity(1/n) was determined to be 0.08 and 0.27 respectively.

점토광물에 의한 음이온 화학종 흡착 특성

본 연구에서는 여러 가지 점토광물을 이용하여 $F^-$, $Cl^-$ 및 ${NO_3}^-$와 같은 음이온들의 흡착 특성을 고찰하였다. 흡착제로는 원료 밴토나이트와 본 연구과정에서 합성한 칼슘 및 나트륨형 밴토나이트, 몬토릴로나이트계 광물인 KSF와 K10을 사용하였다. 이들 다섯 가지 점토광물의 조성은 XRF와 XRD를 이용하여 분석하였으며 음이온의 농도는 이온크로마토그래피법으로 분석하였다. 실험결과, 흡착평형은 $8{\sim}24$시간 후에 나타났다. 또한 $F^-$와 ${NO_3}^-$에 대하여 각 흡착제를 6 g 사용한 경우에 KSF가 각각 약 $825\;{\mu}g/g$과 약 $707\;{\mu}g/g$의 흡착능을 나타내어 가장 우수하였으며 $Ca^{2+}$ 치환형 벤토나이트는 각각 $255\;{\mu}g/g$과 $34\;{\mu}g/g$정도의 흡착능을 나타내었다. 또한 K10은 ${NO_3}^-$에 대하여 $103\;{\mu}g/g$의 양호한 흡착능을 나타내었다. 전반적으로 흡착제의 양이 증가하면서 음이온에 대한 흡착효율은 증가하는 경향을 보였다. 그 중에서도 KSF는 6 g 사용시에 $F^-$에 대한 흡착효율이 약 99%에 달하였으며 10 g 사용시에는 ${NO_3}^-$에 대하여 약 95%의 높은 흡착효율을 나타내었다. 반면에 $Cl^-$의 경우에는 전반적으로 9% 이하의 낮은 흡착효율을 나타내었다. 프런들리히 흡착등온선으로부터 K와 1/n값을 계산하였으며 $F^-$와 ${NO_3}^-$에 대한 KSF의 K값이 1.09와 $0.45\;\;[mg/g][L/mg]^{1/n}$로 가장 큰 같을 나타내었으며 1/n값은 각각 0.08과 0.27로 가장 양호한 값을 나타내었다.