Mechanism and Adsorption Capacity of Arsenic in Water by Zero-Valent Iron

Objective of this research was to evaluate optimal conditions of arsenic adsorption in water by zero-valent iron (ZVI). Batch experiment showed that adsorption of arsenic by ZVI followed a Langmuir isotherm model. The masses of As(V) adsorbed onto ZVI were increased as decreasing pH of the reacting solution (pH 3: 2.05, pH 5: 1.82, pH 7: 1.24, pH 9: 1.03 mg As/g $Fe^0$) and as increasing the temperature ($15^{\circ}C$ : 1.59, $25^{\circ}C$ : 1.81, 35 : $1.93^{\circ}C$ mg As/g $Fe^0$). The SEM and EDS (energy dispersive X-ray spectrometer) analysis of morphology and structure of ZVI before and after reacting with arsenic in water revealed that a relatively smooth and large surface of ZVI was transformed into a coarse and small surface particle after the reaction. The EDS spectra on the chemical composition of ZVI demonstrated that arsenic was incorporated into ZVI by adsorption mechanism. The XRD analysis also identified that the only peak for $Fe^0$ in the ZVI before the reaction and confirmed that $Fe^0$ was transformed into $Fe_2O_3$ and FeOOH, and As into $FeAsO_4{\cdot}2H_2O$.

수용액 중 영가 철의 비소흡착 및 반응기작 구명

본 연구는 비소로 오염된 물을 영가 철을 이용하여 복원하는 과정에서 영가 철의 비소 제거에 영향을 미치는 환경인자 간의 특성을 파악하고 기기분석을 통해 영가 철에 의한 비소의 흡착 반응기작을 구명하고자 수행되었다. 영가 철에 의한 As(V)의 흡착은 Langmuir 등온흡착 모델에 부합하였으며 As(V)의 흡착량은 반응 수용액의 pH가 낮을수록(pH 3: 2.05, pH 5: 1.82, pH 7: 1.24, pH 9: 1.03 mg As/g $Fe^0$), 그리고 온도가 증가할수록($15^{\circ}C$ : 1.59, $25^{\circ}C$ : 1.81, $35^{\circ}C$ : 1.93 mg As/g $Fe^0$) 증가하였다. 반응기작을 규명하기 위하여 SEM-EDS 분석을 수행한 결과, 반응 전의 영가철 표면은 부드럽고 큰 결정 형태를 나타내었으나 반응 후에는 매우 거칠고 작은 입자 형태를 나타내었다. 반응 후 영가 철의 조성물 분석결과, 영가 철 표면에 비소가 흡착됨을 알 수 있었다. 반응 전 후 영가 철의 결정구조 XRD를 이용하여 조사한 결과, $Fe^0$는 반응 후 $Fe_2O_3$ 및 FeOOH로 변화되었으며 As는 $FeAsO_4{\cdot}2H_2O$의 형태로 불용화 됨을 알 수 있었다. 이상의 결과에서 비소오염에 불용화 적용방법으로 영가 철을 사용 시 pH 및 온도 조건 등을 고려하여 현장에 적용해야 될 것으로 판단된다.