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표제지

목차

국문요지 8

I. 서론 10

II. 이론적 배경 13

2.1. 비소의 특성 및 위험성 13

2.1.1. 비소의 물리·화학적 특성 13

2.1.2. 비소의 위험성 15

2.2. 기존의 비소 제거 흡착 연구 16

2.2.1. 흡착 공정 16

2.2.2. 공침 및 응접 공정 16

2.2.3. 산화 및 침전 공정 17

2.2.4. 멤브레인 공정 17

2.3. LDHs(Layered double hydorxides)의 특징 20

2.4. LDHs계 물질인 monosulfate의 특징 24

2.5. LDHs 관련 기술개발 동향 27

III. Monosulfate의 합성 28

3. 실험 재료 및 실험 방법 28

3.1. Monosulfate의 합성 28

3.2. 분석방법 32

IV. 결과 및 고찰 35

4.1. Monosulfate를 이용한 비소 제거 kinetic 실험 35

4.2. 합성된 Monosulfate 규명 36

4.2.1. XRD 분석을 통한 monosulfate의 결정구조 분석 36

4.2.2. FE-SEM 분석을 통한 monosulfate의 입체결정구조 확인 38

4.2.3. WDXRF 분석을 통한 monosulfate의 구성 원소 분석 42

4.3. Monosulfate 이용한 비소 제거 동역학 실험 44

4.4. 비소제거실험 후 시료의 분석 48

4.4.1. 비소제거 실험 후 시료의 XRD 결정구조 분석 48

4.4.2. 비소제거 실험 후 시료의 FT-IR 분광분석 50

V. 결론 52

References 53

Abstract 60

List of Tables

Table. 1. Comparison of main arsenic removal technologies 18

Table. 2. EDS result of the quantitative Contents of the synthesized monosulfate 41

Table. 3. WDXRF result of the quantitative Contents of the synthesized monosulfate 43

List of Figures

Fig.1. The Eh-pH diagram for arsenic 14

Fig.2. Structural of a LDH (a) Structure of a Ca·Al-monosulfate (b) 23

Fig.3. FE-SEM analysis of C₃A 29

Fig.4. FE-SEM and EDS analysis of C₃A 30

Fig.5. Equipment of making monosulfate 31

Fig.6. Result of XRD analysis of synthesized monosulfate 37

Fig.7. FE-SEM micrograph of monosulfate with magnification 1K, 5K, 39

Fig.8. FE-SEM and EDS analysis of monosulfate 40

Fig.9. Kinetics of arsenate removal by different ratios of monosulfate 46

Fig.10. The concentration of Ca2+ and Al3+ in water with time variation after reaction(이미지참조) 47

Fig.11. The result of PXRD analysis 49

Fig.12. The result of FT-IR, before and after reaction of monosulfate and arsenic 51

초록보기

 시멘트가 인류사에 등장한 것은 반만년 이전으로 사람이 시멘트를 사용하여 만든 구조물 중에서 가장 오래된 것으로 콜로세움 등이 있으며, 이때 쓰여진 시멘트는 석회석에 모르타를 혼합하여 사용하였다. 현대 사회에서도 많은 건축, 건설 분야에 시멘트가 사용되어지고 있으며, 현대인의 생활에 잠시도 떨어질 수 없는 물질이 되었다. 이러한 시멘트를 환경 분야에 적용한 많은 사례가 있으며, 각종 오염물질에 대한 적용이 연구·보고되어 지고 있다. Layered double hydroxides (LDHs)는 이러한 시멘트의 수화물의 하나로써 시멘트의 수화반응을 통하여 생성되어지는 것으로 알려져 있다. LDHs는 시멘트의 수화물로써 알려지게 된진 150여년이 되었다.

시멘트의 수화물로써는 C-S-H, ettringite, monosulfate 등이 수화생성물로 알려져 있으며, 이러한 수화생성물을 LDHs계 물질이라 명명하고 있다. 초기 LDHs에 대한 연구는 LDHs의 합성과 그 구조에 대한 연구가 주를 이루었으며, 현재에 와서는 이러한 LDHs 물질을 이용한 환경 분야의 적용에 대한 연구가 이루어지고 있다.

본 연구에서는 비소 제거에 대하여 흡착제인 Layered double hydroxides (LDHs) 계 물질인 monosulfate를 이용한 고농도 비소 폐수에 대한 적용성 및 monosulfate의 합성에 대한 연구를 수행하였다. LDHs 계 물질의 음이온교환 오염물질 제거에 대한 연구 결과가 보고되어지고 있다. 먼저 기존의 제거 방법과 차별화 된 monosulfate의 제조 방법에 대하여 연구를 수행하였으며, 합성 된 monosulfate의 규명을 수행하였다. 또한 규명된 monosulfate를 이용하여 비소 오염수에 대한 실험을 수행하여 적용성을 알아보았다.

합성된 monosulfate의 규명을 위하여 XRD, FE-SEM & EDS, XRF, FT-IR 등의 분석기기를 이용하여 분석을 하였고, 비소농도는 AAS를 이용하였다. 비소 모의 폐수 50 ㎎/L (0.667 mM) 에 대한 제거에 대한 연구를 수행하였으며, monosulfate의 제거 특징인 ion-exchange를 통한 제거 기작이 이루어지는 것으로 파악하여 비소 농도 대비 SO42-의 당량이 [1:0.5], [1:1], [1:2] 비를 이루게 monosulfate를 주입 하였고, [1:2] 당량의 SO42- 가 주입되었을 시 초기 농도의 00%가 제거됨을 확인 하였으며, 기존 연구결과와 비교 시 월등히 빠른 반응이 이루어짐을 확인 할 수 있다. 또한 시료와 반응 후 수중 내 SO42-의 농도 증가와 이와 상반된 비소 농도의 감소를 통하여 anion-exchange를 통한 제거가 이루어짐을 알 수 있으며, 반응 전·후 시료에 대한 XRD, FT-IR, FE-SEM & EDS, XRF 결과를 통해서 음이온교환을 통한 비소제거에 대한 규명과 제거 기작에 대하여 연구를 수행하였다. FE-SEM, XRD 분석을 통하여 합성된 monosulfate의 입자 분석과 결정 구조를 확인 하였으며, XRD, FT-IR 분석을 통해 anion-exchange를 규명하였다. 흡착 평형은 반응 3시간 이후 도달하였고, 초기 농도 0.667 mM의 비소 오염수를 0.18, 0.178 mM까지 제거하였다.

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