고효율 공학폐기물 달걀껍질

Apr 30, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 9676(2022) 이 기사 인용

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지속 가능한 폐기물 및 물 관리는 순환 경제에 관한 최신 EU 정책의 핵심 구성 요소입니다. 폐기물 재사용을 기반으로 하는 간단하고 효율적이며 저렴한 수처리 방법은 인간 건강, 지속 가능한 개발 및 환경 개선을 위한 전제 조건입니다. 성능이 뛰어나고 비용 효율적인 흡수제의 설계는 폐수 처리에서 중요한 문제입니다. 본 연구는 수용액에서 카드뮴을 제거하기 위한 환경 친화적이고 고효율이며 저렴한 재료로서 두 가지 다른 유형의 폐기물(산업 및 식품)을 자성 나노입자로 기능화하여 새로 가공된 흡착제의 개발을 조사하는 것을 목표로 했습니다. 폐계란 껍질과 비산회에서 추출한 이 나노공학 흡착제(EFM)는 수용액에서 카드뮴을 제거하는 데 사용되었습니다. SEM 분석을 통해 자철광 나노입자가 각 폐기물에 성공적으로 적재되었음을 입증했습니다. 또한, 달걀 껍질 입자가 회분 및 자철석 입자로 이중 기능화되는 것을 얻었습니다. 그 결과, BET에서 확인된 바와 같이 EFM 표면적이 크게 증가했습니다. 새로 가공된 흡착제의 특성을 연구하기 위해 포괄적인 특성 분석(BET, FT-IR, SEM, XRD 및 TGA)이 수행되었습니다. 다양한 반응 매개변수(온도, pH, 접촉 시간, 흡착제 투여량, 초기 농도)의 영향을 조사하기 위해 배치 실험을 수행했습니다. 결과는 카드뮴 흡착이 0.25g의 흡착제에 대해 pH 6.5에서 120분 내에 평형에 도달했음을 보여주었습니다. 최대 효율은 99.9%였다. 흡착 등온선 연구는 Freundlich 모델에 적합한 Cd2+ 흡착이 다중 분자층 흡착 과정을 나타냄을 보여줍니다. 또한, 열역학적 연구(ΔG < 0, ΔH > 0, ΔS > 0)는 카드뮴 흡착이 자발적인 흡열 과정임을 보여줍니다. 흡착제 동역학 연구는 화학흡착 메커니즘을 나타내는 유사 2차 모델로 설명되었습니다. 탈착 결과는 나노공학 흡착제(EFM)를 재사용할 수 있음을 보여주었습니다. 이러한 데이터는 새로 설계된 흡착제, 성능이 뛰어나고 저렴한 폐수 정화를 얻기 위해 폐기물 회수 분야의 관련 이론적 지식을 풍부하게 할 수 있는 가능성을 확인했습니다.

물 부족 문제로 확인된 수질 오염은 유럽뿐만 아니라 전 세계적으로 큰 관심사가 되었습니다. 물을 가장 많이 소비하는 분야는 산업과 농업 분야라는 것은 잘 알려져 있습니다. 향후 몇 년 동안 이러한 경제 부문에서 물 소비량이 기하급수적으로 증가하여 수질과 담수 매장량에 해를 끼칠 것으로 예상됩니다. 이러한 점에서, 글로벌 신흥경제는 현재의 선형경제를 자연자본의 보존과 재생에 기초한 완전히 새로운 개념으로 완전히 전환하기 위한 새로운 전략을 시급하게 부과하고 있습니다. 순환 경제에 관한 최신 EU 정책은 다음과 같은 유럽의 주요 목표 달성을 보장하기 위해 고안된 혁신적이고 매우 효율적인 방법과 기술의 개발을 허용하는 완전히 다른 전략적 접근 방식을 적용했습니다. (2) 경쟁력 강화; (3) 지속 가능한 자원 및 폐기물 관리1,2,3.

지속 가능한 물 관리는 특히 전 세계 인구 증가 추세, 오염, 수자원 고갈, 그리고 마지막으로 전 세계적으로 증가하는 식량, 바이오에너지 및 깨끗한 물 수요를 포함한 여러 요인으로 인해 영구적인 과제가 될 것입니다1,2.

결과적으로, 오염물질을 제거하고 오염원을 오염제거하기 위한 신속하고 효과적인 조치가 필요합니다1,2,3.

산업 폐수에는 중금속, 유기 화합물(염료, 의약품, 계면활성제, 페놀, 살충제, 탄화수소, 할로겐화 화합물 등), 부유 물질 등 여러 범주의 오염 물질이 있습니다. 중금속(Cd, Cu, Hg, Pb, Ni, Zn, As)은 인체 건강에 대한 독성이 높고 생물 시스템에 부정적인 영향을 미치기 때문에 가장 빈번하고 위험한 유형의 수질 오염 물질 중 하나입니다. 중금속으로 오염된 산업 폐수는 현재 상대적으로 흔한 문제이지만, 극도로 심각한 장기적 생태학적 문제를 피하기 위해 이를 처리하는 것이 필수적입니다4,5,6,7,8.