• Korean Chemical Engineering Research
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• 제43권4호
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• pp.542-547
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• 2005

생체흡착은 염색폐수로부터 염료 제거를 위한 현재의 처리방법을 교체 또는 보충할 수 있는 유력한 대안이 되고 있다. 본 연구에서는 수용액으로부터 반응성 염료(Reactive Red 4, Reactive Blue 4)를 제거할 수 있는 생체흡착제로서 아미노산 발효공정에서 발생되고 있는 폐기물인 Corynebacterium glutamicum 바이오매스의 활용 가능성에 대해 평가하였다. 염료들의 흡착량은 용액 pH가 감소함에 따라 증가하였는데 이는 산성 pH에서 바이오매스의 표면 작용기는 (+)극성을 띠게 되어 반응성 염료의 (-)극성을 갖는 술폰기(sulfonate group)와 결합하였기 때문인 것으로 사료된다. 접촉시간에 따른 생체흡착속도 실험을 통해 평형에 도달하는 시간은 약 10시간으로 평가되었다. 흡착평형의 수학적인 묘사를 위해 Langmuir 흡착 모델을 적용한 결과, Reactive Red 4, Reactive Blue 4의 최대흡착량은 pH 1에서 112.4 mg/g 및 263.16 mg/g이었으며, pH 3에서는 각각 71.94 mg/g 및 155.88 mg/g이었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제15권4호
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• pp.2029-2035
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• 2014

본 논문은 입상활성탄에 의해서 합성폐수에서의 용존유기탄소의 흡착평형과 회분식 실험을 통해 흡착성질을 파악하고자 하였다. 흡착평형의 새로운 모델식을 제안하였고 이 식을 바탕으로 회분식 실험데이터를 모사하였다. 합성폐수의 유기성분은 Beef extract, Peptone, Humic acid, Tannic acid, Sodium lignin sulfonate, Sodium lauryle sulfate, Arabic gum powder, Arabic acid (polysaccharide), $(NH_4)_2SO_4$, $K_2HPO_4$, $NH_4HCO_3$, $MgSO_4{\cdot}7H_2O$ 등으로 구성되었다. 농도가 낮은 영역 (0~2.5 mg/L)에서는 선형적인 흡착평형을 보여주었고, 농도가 높은 영역 (2.5~6mgl/L)에서는 우호적인 흡착평형을 보여주었다. 사용되어진 생물학적 처리방법에서 나오는 유출수의 합성폐수는 알려진 양으로 준비되어졌다. 흡착평형 모델링은 Freundlich, Langmuir, Sips 및 하이브리드 식을 이용하여 모사하였다. 특히, 선형과 Sips를 이용한 하이브리드 흡착평형식은 낮은 농도와 높은 농도 역에서 매우 좋은 흡착평형식이었다. 용수 및 폐수처리에 활성탄 흡착에 있어서, 선형식과 Sips식을 합친 새로운 하이브리드 식은 새로운 흡착평형식이 될 수 있었다. 하이브리드 흡착평형식 (선형+Sips)을 이용하여 LDFA 운동학적식을 통하여 다양한 흡착제 양에 따른 회분식 반응조에서의 실험데이터를 잘 모사할 수 있었다.

• Korean Chemical Engineering Research
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• 제46권2호
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• pp.414-422
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• 2008

활성탄과 제올라이트에 대한 $H_2$, $CH_4$, CO, $CO_2$에 대한 흡착평형 실험을 정적부피법에 의해 수행하였다. 활성탄과 제올라트를 이용한 4탑 PSA 공정을 통하여 다성분 혼합기체($H_2$ 72.2%, $CH_4$ 4.06%, CO 2.03%, $CO_2$ 21.6%)로부터 수소를 분리하는 연구를 수행하였다. 흡착평형 실험결과 각각의 기체들에 대하여 dual-site langmuir(DSL) 모델이 잘 예측을 하였으며, 활성탄과 제올라이트의 충전비율에 따른 파과특성을 살펴본 결과 최적의 활성탄 층의 높이는 전체 탑 길이 80 cm 중 55 cm로 나타났다. PSA 공정에서 공정 변수인 총 주기시간($T_c$), 세정기체 공급압력차(${\Delta}P$) 그리고 흡착압력이 공정효율에 미치는 영향을 실험과 전산모사를 통해 그 결과를 비교하였다.

• 청정기술
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• 제23권2호
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• pp.188-195
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• 2017

본 연구에서는 석탄계 입상활성탄을 이용하여 수용액으로부터 염기성 염료 Basic Blue 3 (BB3)의 흡착에 대해 조사하였다. 모든 실험은 회분공정에서 수행하였고, 활성탄의 투입량, 접촉시간, 초기농도 및 온도와 같은 흡착변수들에 대해 평가하였다. 활성탄의 투입량이 증가할수록 BB3 제거율도 증가하였으며, 활성탄 0.2 g 이상에서 초기농도 $50mg\;L^{-1}$의 BB3가 100% 제거되었다. 또한, 흡착평형에 도달하는 시간은 염료의 초기농도에 의존적이었다. Langmuir 모델에 따르면, 석탄계 입상활성탄의 최대흡착량은 25, 35, $45^{\circ}C$에서 66.45, 84.97, $87.19mg\;g^{-1}$으로 산출되었다. 그리고 Gibbs 자유에너지 변화량, 엔탈피 변화량, 엔트로피 변화량과 같은 열역학적 변수들에 대해 평가하였다.

• 대한환경공학회지
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• 제38권10호
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• pp.543-550
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• 2016

비닐벤질클로라이드(VBC)를 PP부직포에 광그라프트 중합시키고 에칠렌디아민을 이용한 아민반응을 통해 음이온 교환기능기를 갖는 아민형 PP-g-VBC-EDA 흡착제를 제조하고, 회분식 흡착실험을 통해 음이온 영양염에 대한 흡착특성을 평가하였다. 흡착평형은 랭뮤어 흡착등온식과 잘 일치하였으며, 그로부터 계산한 단일층 최대흡착량은 $NO_3-N$이 59.9 mg/g, $PO_4-P$가 111.4 mg/g이었다. 흡착에너지는 8 kJ/mol 이상으로 이온교환이 주된 흡착메커니즘임을 나타내었다. 흡착속도는 이차흡착 속도모델식과 일치하였으며 9.8-36.7 kJ/mol의 흡착활성화에너지를 나타내어 화학적 흡착과정에 의해 지배되었음을 시사하였다. 흡착에 대한 열역학 함수 ${\Delta}G^o$, ${\Delta}H^o$와 ${\Delta}S^o$는 음이온 영양염에 대한 PP-g-VBC-EDA의 흡착이 자발적이고 발열적으로 일어남을 나타내었다. PP-g-VBC-EDA 흡착제는 0.1 N HCl 용액을 이용한 세척과정을 통해 재생할 수 있었다.

• 대한환경공학회지
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• 제39권3호
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• pp.112-117
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• 2017

PAN 기반 아크릴계 섬유와 DETA 및 $AlCl_3{\cdot}6H_2O$를 반응시켜 아민기($-NH_2$)를 가진 이온교환섬유 PADD를 합성하였다. 개발된 섬유상 소재는 FT-IR과 SEM을 이용하여 그 특성을 확인해 보았다. 회분식 실험으로 수행된 PADD를 이용한 크롬제거 실험 결과는 Langmuir 등온흡착모델에 잘 적용되었으며, 이때 계산된 이론적 최대흡착능 ($Q_{max}$)은 6.93 mmol/g으로 나타났다. 한편 동적흡착실험은 Lagergren 유사이차속도모델에 잘 부합되었다. PADD의 크롬 흡착능은 pH 2에서 가장 높은 값인 4.11 mmol/g을 나타내었고 pH 변화에 많은 영향을 받는 것으로 확인되었다. 또한, 인산과 비소(V)에 대한 공존이온 실험을 통해 PADD가 크롬에 대한 높은 선택성을 갖고 있음을 확인할 수 있었다. 산-염기 역적정으로 구한 PADD의 총이온교환능 (4.70 mmol/g)을 통해 소재의 선택적 제거 가능성을 검증하였다.

• 자원환경지질
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• 제46권6호
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• pp.521-533
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• 2013

본 연구는 규소슬래그의 흡착제로서의 주요한 특성을 분석하고 규소슬래그와 수용상 비소와의 흡착특성을 규명하여 규소슬래그의 비소 흡착제로서의 활용가능성을 평가하고자 수행되었다. 규소슬래그의 비표면적은 6.71 $m^2/g$으로 다른 슬래그들에 비해 다소 높았으나, 비소 제어에 널리 이용되고 있는 철 (산수)산화물들에 비해서는 상대적으로 낮았다. 전위차 적정법(potentiometric titration)에 의해 측정된 영전하점(point of zero salt effect, PZSE)은 7.3으로 비교적 높아 주로 음이온으로 존재하는 비소의 흡착에 유리한 특성인 것으로 조사되었다. 흡착등온식을 알아보기 위한 실험결과, 두 비소 종 모두 Langmuir 등온식이 규소슬래그와의 흡착특성을 가장 잘 모사한 것으로 평가되었다. pH에 따른 흡착특성은 3가 비소는 pH 7에서 최대 흡착량을 보였고, 그 외 pH 조건에서는 흡착량이 현저하게 감소하였다. 5가 비소의 최대 흡착량은 가장 낮은 pH 조건(pH 4)에서 나타났으며, pH가 증가함에 따라 흡착량이 지속적으로 감소하는 것으로 조사되었다. 흡착반응속도를 알아보기 위한 실험결과, 3가 비소의 흡착은 2시간 이내에 평형에 도달하였으며, 5가 비소의 경우에는 8시간 이내에 평형에 도달하였다. 그리고 비소의 화학종과 관계없이 규소슬래그와의 흡착반응속도는 유사이차 반응속도모델이 가장 적합한 것으로 나타났다. 동일한 실험 조건에서 5가 비소가 3가 비소 보다 약 6배가량 큰 규소슬래그와의 친화력을 나타났다.

• 자원환경지질
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• 제56권2호
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• pp.125-138
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• 2023

수계 내 세슘(cesium: Cs)을 제거하기 위하여 개발된 대부분의 기존 Cs 흡착제들은 원재료 값이 고가라는 단점과, 해수와 같이 높은 이온 강도와 낮은 Cs 농도를 가지는 대규모의 오염수를 실질적으로 정화하는데 한계를 가지고 있었다. 본 연구에서는 석탄광산배수를 처리하는 과정에서 생성되는 슬러지(CMDS)에 Na와 S를 첨가하여 친환경적이고 높은 Cs 제거 효율을 가지는 Cs 흡착제를 개발하였다. Fe 및 Ca 함량이 풍부한 CMDS를 1차 소재로 사용하였고, 열처리 과정으로 Na와 S를 첨가하여 새로운 Cs 흡착제를 제조하였다(이하 본 연구에서 개발한 흡착제는 Na-S-CMDS라 명명함). Na-S-CMDS의 Cs 흡착능 및 흡착 기작을 평가하기 위해 실험실 규모의 실험과 흡착 동역학 및 등온 모델링 연구를 수행하였으며, XRF, XRD, SEM/EDS, XPS 등의 분석을 통해 Na-S-CMDS의 물리화학적, 광물학적 특성을 조사함으로써 Cs 흡착 기작을 규명하였다. 흡착 배치 실험 결과, Cs은 빠르게 Na-S-CMDS에 흡착되어 1시간 내 평형에 도달하였으며, 낮은 Cs 농도(0.5 mg/L) 조건에서도 높은 Cs 제거 효율(> 90.0%)을 보였다. 흡착 등온 모델링 결과, 단일 흡착을 가정하는 Langmuir 흡착 등온 모델에 대응되는 경향을 보였으며, 흡착 동역학 모델링 결과 흡착 경향이 유사 2차 속도(pseudo second order kinetic) 모델과 일치하는 경향을 보였고, 이러한 결과는 단순한 물리적 흡착보다 이온 교환과 같은 화학적 흡착이 우세함을 의미한다. 고농도의 Cs 용액으로 반응시킨 Na-S-CMDS의 XRF/XRD 분석 결과, Na-S-CMDS 내 Na 함량은 감소하고 흡착 전 존재하던 erdite (NaFeS₂·2(H₂O))가 관찰되지 않는 것을 통해, Na⁺과 Cs⁺ 사이에서 활발한 이온 교환 반응이 진행되었음을 알 수 있었다. XPS 분석 결과, Na-S-CMDS에서 Cs와 S 사이의 강한 결합 작용이 관찰되었으며, 이러한 Cs와 S(또는 S-복합체)내 결합에너지 감소도 Na-S-CMDS의 Cs 흡착능을 증가시키는 요인으로 판단되었다. 본 연구를 통해 기존에 폐기물로 처리되었던 석탄광산배수슬러지를 개량하여 제조한 Na-S-CMDS는 기존의 Cs 흡착제보다 제조 비용이 저렴하고, 해수 및 지하수와 같이 이온 강도는 높지만 Cs 농도가 낮은 대규모 오염 수계에서도 Cs 흡착능이 높게 유지되어, 현장에서 효과적인 Cs 흡착제로 사용할 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국습지학회지
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• 제17권3호
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• pp.228-236
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• 2015

도시화는 불투수면의 증가를 초래하여 자연적인 물순환 시스템의 왜곡, 비점오염물질 유출 증가, 하천의 수질악화 및 수생태계 훼손 등의 문제를 발생시킨다. 불투수면 증가로 인한 수리수문학적, 생태학적 및 환경적 영향을 저감하기 위하여 선진국에서는 저영향개발(Low Impact Development, LID)기법을 주요한 대안으로 적용하고 있다. 국내에서도 2012년에 비점오염원관리종합대책을 통하여 LID 기법을 비점오염 관리의 주요 방안으로 추진하고 있다. LID 시설은 물순환 구축을 통한 강우유출수의 유출저감과 함께 식물, 미생물, 여재에서의 다양한 물리화학적 및 생물학적 기작을 이용하여 오염물질을 제거하는 기술이다. 이러한 LID 시설에는 다양한 여재가 사용되고 있으나 여재의 오염물질 저감능력 평가를 위한 흡착과 탈착 특성 등에 대한 종합적인 비교평가가 수행되지 못하고 있다. 따라서, 본 연구에서는 LID 시설에 사용되는 다양한 여재 중에서 모래, 자갈, 바이오세라믹, 우드칩 및 바텀애쉬에 대하여 중금속(Pb, Cu)에 대한 흡착 및 탈착 특성 분석을 통해 여재의 환경성 평가를 수행하였다. 분석결과, 연구에 사용된 모든 여재에서 Pb에 대한 흡착 선호도가 Cu에 비하여 높게 나타났으며 흡착 kinetic 모델에서는 Pseudo second order equation의 적용성이 높게 평가되었고, 흡착등온식 모델에서는 Langmuir-3 isotherm이 높은 적용성을 보였다. 특히 여재 중에서 바이오 세라믹과 우드칩의 경우 Pb에 대한 뛰어난 흡착능을 보이는 것으로 평가되었다. 여재의 탈착 실험 결과 모든 여재에서 환경부 유해물질 기준에 초과하지 않아 LID시설에 다양하게 적용 가능한 것으로 나타났다.

• 공업화학
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• 제31권5호
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• pp.526-531
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• 2020

수중에 함유된 망간 이온은 인체에 독성 물질로 작용하며, 또한 신경계에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 특히 망간은 넓은 pH 영역에서 높은 용해성으로 인하여, 망간 제거가 어렵기 때문에 이를 효과적으로 처리하는 연구가 필요하다. 본 연구에서 소나무 수피 바이오차를 과산화수소로 화학적으로 개질하였고, 개질된 흡착제는 수중에서의 망간 이온 제거에 사용되었다. 개질된 흡착제는 망간이온 5, 10 mg/L 조건에서 각각 82.1, 56.2%의 높은 제거능력을 나타내었다. 또한 망간 농도 변화에 의한 흡착 데이터로부터 이론식에 적용하여 분석하였다. 그 결과 망간 이온의 흡착 거동은 Freundlich 보다는 Langmuir 모델에 잘 부합하였으며 또한, 동력학적 고찰에 의하면 유사 2차 반응식(pseudo-second order kinetic model)이 더욱 적합함을 알 수 있었다. 그리고 Gibbs 자유에너지 변화에서는 흡착 반응의 온도가 증가할수록 자발성이 보다 더 잘 이루어진다는 것을 도출하였다. 결과적으로 이러한 실험 결과들은 수중에 함유된 망간 이온을 효과적으로 제거하는 수처리 기술로 사용될 수 있을 것이다.