Adsorption of Cadmium Ion by Wood Charcoal Prepared with Red oak (Quercus mongolica)

For investigation of adsoption properties of cadmium elimination by wood charcoal, $25m{\ell}$ aqueous cadmium solutions in various concentrations were treated with 0.2 g wood charcoal of Red Oak (Quercus mongolica) for 280 minutes. Almost 100% of cadmium elimination ratio was obtained in the solutions with initial concentration of 20 and 40 ppm in the treatment, whereas they were 75 and 50% in those of 80 and 160 ppm. In the effect of treatment time, the highest amount of cadmium ions was eliminated during the first ten minutes in each solution so that the elimination ratio of each case was over 70% of the maximum elimination value. From the analysis of adsorptive cadmium adsorption mechanism using the Langmuir adsorption isotherm, it was suggested that cadmium ion molecules were adsorbed at the active sites on the charcoal particle in form of one layer. The Gibbs free energy of the adsorption process was calculated in negative value for each solution. This means the adsorption processes are spontaneous which do not require the extra input energy.

신갈나무 목탄의 카드뮴(Cd)이온 흡착 특성

탄화온도 $600^{\circ}C$에서 제조한 신갈나무(Red oak, Quercus mongolica) 목탄의 카드뮴(Cd)(II) 이온에 대한 액상흡착 특성과 흡착과정 중의 열역학적 특성을 구명하고자 하였다. 0.2 g 신갈나무 목탄을 사용하여 $25m{\ell}$의 카드뮴 용액을 280분간의 흡착 처리한 바, 카드뮴 용액의 초기농도 20 및 40 ppm의 경우에는 거의 100%에 가까운 흡착 제거율을 보인 반면, 80 및 160 ppm 용액에 있어서는 각각 75와 50%의 제거율을 보였다. 또한 흡착처리 시간별 카드뮴제거율은 농도변화에 의한 차이는 거의 나타나지 않았고, 모든 농도에서 초기 10분 동안 가장 많은 양의 카드뮴이 제거되었으며, 각 용액에 대한 최대 카드뮴제거 능력의 약 70% 이상에 해당하는 제거율을 보였다. 카드뮴 농도 및 흡착시간에 따른 흡착성을 이용하여 조사한 $30^{\circ}C$에서의 흡착등온선은 Langmuir 흡착식과 매우 높은 상관관계를 가지는 것으로 나타났으며, 이러한 결과로부터 목탄에 의한 카드뮴 이온 흡착은 목탄 표면의 활성부위에 단일 분자층 형태로 흡착되는 것으로 추측이 된다. 또한 흡착 반응의 자유에너지(${\Delta}G^{\circ}$) 분석에서, 초기 농도 20, 40, 80 ppm인 용액은 모든 흡착처리 시간대에서 음의 값을 나타내어, 목탄에 의한 카드뮴 흡착은 자발적 반응으로 이루어지는 것으로 나타났기 때문에, 흡착 시에 더 이상의 에너지 공급이 필요하지 않는 것으로 판단된다.