분말 및 구슬 톱밥 재료 변형 산화철(III)

May 05, 2023

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 531(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

폐수의 납 및 RB4(반응성 청색 4) 염료 오염 문제는 수생 생물 및 수질에 대한 독성 때문에 우려 사항이므로 배출하기 전에 폐수에서 납 및 RB4 염료를 제거하는 것이 좋습니다. 톱밥 분말(SP), 톱밥 분말 도핑된 철(III) 산화물-수산화물(SPF), 톱밥 비드(SPB) 및 톱밥 분말 도핑된 철(III) 산화물-수산화물 비드(SPFB)를 합성하고 다양한 기술로 특성화하였으며, 납 또는 RB4 염료 제거 효율은 배치 실험, 흡착 등온선, 동역학 및 탈착 실험을 통해 조사되었습니다. SPFB는 다른 물질에 비해 높은 비표면적(11.020 m2 g−1)과 작은 기공 크기(3.937 nm)를 나타냈습니다. SP와 SPF는 이질적인 구조를 갖는 불규칙한 형상을 갖는 반면, SPB와 SPFB는 표면이 거친 구형의 형상을 갖는다. 칼슘(Ca)과 산소(O)는 모든 물질에서 발견된 반면, 철(Fe)은 SPF와 SPFB에서만 발견되었습니다. O–H, C–H, C=C 및 C–O는 모든 물질에서 검출되었습니다. 모든 소재의 납 제거 효율은 82% 이상으로 나타났으며, SPB와 SPFB의 RB4 염료 제거 효율은 87% 이상으로 나타났다. 따라서 산화철(III)-수산화물을 첨가하고 물질 형태를 변경하면 납 또는 RB4 염료 흡착에 대한 물질 효율성을 향상시키는 데 도움이 되었습니다. SP와 SPB는 물리적 흡착 과정과 관련된 Langmuir 모델에 해당하는 반면, SPF와 SPFB는 화학 흡착 과정과 관련된 Freundlich 모델에 해당합니다. 모든 재료는 화학 흡착 과정과 관련된 유사 2차 운동 모델에 해당합니다. 모든 재료는 63%의 높은 납 제거율로 5사이클 이상 재사용할 수 있으며, SPB 및 SPFB도 72%의 높은 RB4 염료 제거율로 5사이클 이상 재사용할 수 있습니다. 따라서 SPFB는 산업 응용 분야에서 납 또는 RB4 염료 제거에 적용할 수 있는 잠재적인 재료였습니다.

중금속이나 염료 오염으로 인한 수질 오염은 수질, 수생 생물과 환경에 대한 독성, 수원의 산소 감소, 광합성을 위한 햇빛 장애, 먹이 사슬을 통한 지속성, 축적 및 운송에 많은 문제를 야기합니다. 또한 뇌, 혈액, 생식, 소화기 및 호흡기와 같은 인간 시스템의 기능 장애로 인해 인간 건강에 많은 영향을 미치고 암을 유발합니다1. 특히, 납(Pb)은 독성이 강한 중금속으로, 지속성과 생체축적성이 있어 독성이 우려됩니다. 반응성 블루 4(RB4) 염료는 직물에 오래 지속되는 색상을 제공하기 때문에 섬유 산업에서 널리 사용됩니다. 그러나 처리하지 않고 환경에 방출할 경우 위에서 언급한 바와 같이 수생생물과 환경에 영향을 미칩니다. 납 또는 RB4 염료의 배출원은 제조 공정에서 납 또는 RB4 염료를 사용하는 배터리, 전자, 페인트, 염료, 플라스틱 및 섬유 등 다양한 산업이므로 이들의 폐수는 납 또는 RB4 염료로 구성될 수 있습니다. 결과적으로, 안전을 위해 수질 기준 이하로 처리하려면 납이나 염료로 오염된 폐수를 처리해야 합니다.

폐수에서 중금속이나 염료를 제거하기 위해 화학적 침전, 응고-응집, 전기화학적, 이온 교환 및 역삼투 등 다양한 방법이 사용됩니다. 그러나 불완전한 중금속 제거, 처리가 필요한 독성 슬러지 생성을 포함하여 값비싼 작업과 복잡한 작업이라는 한계가 있습니다4. 그 결과, 이를 대신하여 효과적이고 환경 친화적인 대체 방법을 찾으려는 많은 연구가 이루어졌다. 흡착법은 중금속 및 염료 제거율이 높고, 비용이 적당하며, 조작이 간단하고, 슬러지 발생량이 적다는 점에서 위의 문제점을 해결하는 좋은 방법이다5. 또한, 본 방식의 다양한 흡착제 선택은 해당 지역의 가용 흡착제 기준, 처리 후 수질, 예산 등을 고려하여 어떤 흡착제가 목표 오염물질 제거에 좋은지 고려하는 사용자에게 좋은 선택이다. 활성탄, 키토산, 제올라이트, 과일 껍질, 농업, 식품 및 산업 폐기물과 같은 폐수에서 특정 대상 금속 또는 염료 이온을 제거하기 위해 여러 흡착제가 사용됩니다. 그러나 본 연구에서는 폐기물 관리 측면에서 폐기물량 감소와 함께 수질 개선에 사용되는 저가형 흡착제로서 다양한 폐기물에 중점을 둘 예정이다. 다양한 폐기물의 폐수에서 중금속이나 염료를 제거하는 방법이 표 1에 나와 있습니다. 이러한 흡착제 중에서 톱밥은 좋은 납에 대한 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌, 펙틴, 수산기 및 카르복실기의 화학적 특성이 우수하기 때문에 좋은 제안입니다. 또는 폐수에서 RB4 염료 흡착. 또한, 톱밥을 흡착재로 사용함으로써 제재소 공장 폐기물의 양을 크게 줄일 수 있으며, 톱밥을 흡착재로 사용함으로써 수질 개선과 함께 폐기물 처리 문제를 관리하는 데 도움이 됩니다. 톱밥은 납 또는 RB4 염료를 제거하는 데 좋은 화학적 특성을 가지고 있지만, 산업용으로 고농도 납 또는 RB4 염료 농도의 경우 납 또는 RB4 염료 제거 효율을 높이기 위한 재료 개선 방법에 대한 연구가 필요합니다.