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표제지

목차

I. 서론 9

1.1. 연구의 목적 9

1.2. 연구범위 및 방법 9

II. 문헌고찰 12

2.1. 비소발생원과 오염현황 12

2.1.1. 자연적인 발생원 12

2.1.2. 인위적인 발생원 14

2.1.3. 비소오염현황 16

2.2. 비소의 특성 18

2.3. 구리의 특성 22

2.4. 칼슘의 특성 24

2.5. 알루미나 산화물 25

2.6. 흡착반응 27

2.7. 비소 처리기술 30

2.7.1. 이온교환 30

2.7.2. 흡착 32

2.7.3. 역삼투압처리 33

2.7.4. 응집 34

2.7.5. 석회연수화 35

2.7.6. 산화/여과 36

III. 실험 재료 및 방법 37

3.1. 실험재료 37

3.1.1. 폐연마분진 37

3.1.2. 활성알루미늄 37

3.1.3. 깁사이트 39

3.1.4. 활성알루미늄 환 제조 방법 40

3.2. 실험방법 42

3.2.1. 알루미늄 흡착제에 대한 As(V) 제거 실험(Kinetic) 42

3.2.2. 알루미늄 흡착제에 대한 이온 세기별 As(V) 흡착 실험 43

3.2.3. 알루미늄 흡착제에 대한 이온 세기별 Cu(II) 흡착 실험 44

3.2.4. 알루미늄 흡착제에 대한 이온 세기별 Ca(II) 흡착 실험 45

3.2.5. 알루미늄 흡착제에 대한 As(V) 제거 실험(pH-edge) 46

3.2.6. 알루미늄 흡착제에 대한 As(V)+Ca(II)의 흡착특성(pH-edge) 47

3.2.7. 알루미늄 흡착제에 대한 As(V)+Cu(II)의 흡착특성(pH-edge) 48

3.2.8. 알루미늄 흡착제에 대한 As(V)+Cu(II)+Ca(II)의 흡착특성(pH-edge) 49

IV. 실험결과 및 고찰 50

4.1. 활성알루미늄의 물성특성 50

4.2. 알루미늄 흡착제에 대한 As(V) 제거 실험(Kinetic) 55

4.3. 알루미늄 흡착제에 대한 이온 세기별 As(V) 흡착 실험 57

4.4. 알루미늄 흡착제에 대한 As(V) 제거 실험(pH-edge) 60

4.5. 알루미늄 흡착제에 대한 As(V)+Ca(II)의 제거 실험(pH-edge) 62

4.6.알루미늄 흡착제에 대한 As(V)+Cu(II)의 제거 실험(pH-edge) 64

4.7. 알루미늄 흡착제에 대한 As(V)+Cu(II)+Ca(II)의 제거 실험(pH-edge) 66

4.8. 알루미늄(환) 흡착제에 대한 As(V) 흡착특성 70

V. 결론 72

참고문헌 74

ABSTRACT 78

국문초록 80

List of Tables

Table 1. Arsenic species in biological systems 13

Table 2. Important arsenic-bearing mineras 15

Table 3. Concentration of As (V), Ca(II) and Cu(II) in kinetic experiment 42

Table 4. Concentration of As(V) in ionic strength experiment 43

Table 5. Concentration of Cu(II) in ionic strength experiment 44

Table 6. Concentration of Ca(II) in ionic strength experiment 45

Table 7. Molar ratio of As(V) in adsorption experiment 46

Table 8. Molar ratio of As(V) and Ca(II) in adsorption experiment(pH-edge) 47

Table 9. Molar ratio of As(V) and Cu(II) in adsorption experiment(pH-edge) 48

Table 10. Molar ratio of As(V), Ca(II) and Cu(II) in adsorption experiment(pH-edge) 49

Table 11. Specific surface area of sample 53

List of Figures

Fig.1. Eh-pH stability of aqueous arsenic species 20

Fig.2. The percentage distribution of As(V) species as a function 21

Fig.3. Sanding wastes (a) before and (b) after calcined sanding waste at 550℃ (CPW550)(이미지참조) 38

Fig.4. Prepared (a) alumina and (b) gibbsite 39

Fig.5. Prepared filter media at four different ratio of alumina and gibbsite 41

Fig.6. Compressive strength test of filter media prepared at different ratio 52

Fig.7. Scanning electron microscope images of powdered wastes 54

Fig.8. Kinetic of As(V) onto calcined sanding waste(CPW550) at 5×10-5 M As(V)(이미지참조) 56

Fig.9. Adsorption of As(V) onto calcined sanding waste (CPW550) at 5×10-5 M As(V)(이미지참조) 58

Fig.10. Adsorption of As(V) onto calcined sanding waste (CPW550)at 5×10-4 M As(V)(이미지참조) 59

Fig.11. Removal of the As(V) onto alumina as a fumction of solution pH 61

Fig.12. Removal of the As(V), Ca(II) onto alumina as a fumction of solution pH 63

Fig.13. Removal of the As(V), Cu(II) onto alumina as a fumction of solution pH 65

Fig.14. Removal of the As(V) onto alumina as a fumction of solution pH 67

Fig.15. Removal of the Cu(II) onto alumina as a fumction of solution pH 68

Fig.16. Removal of the Ca(II) onto alumina as a fumction of solution pH 69

Fig.17. Removal of the As(V), Cu(II), Ca(II) onto alumina as a fumction of solution pH 71

초록보기

본 연구는 건축자재와 장식자재 등을 제조하는 국내 화학공장에서 산업부산물로 발생되는 연마분진 폐기물을 재활용하고 감량화하기 위한 방안으로써 연마분진에 대한 흡착제로서의 재이용성을 평가하였다. 연마분진 폐기물의 주성분인 수산화알루미늄은 가열처리되면 반응성이 높은 알루미늄 산화물로서의 전환이 이루어지게 되는데, 하소과정에서 다양한 알루미늄 산화물의 형태로 전이가 될 수 있으므로 하소온도에 따른 흡착특성의 변화에 의해 흡착효율에 영향을 줄 수 있게 된다.

연마분진의 흡착능을 활성화시키기 위하여 연마분진 원료를 550℃, 3시간 동안 하소를 수행하였다. 표면 분석결과 무정형 알루미늄 산화물의 특성을 나타내는 것으로 확인되었다. 비표면적이 증가하면 흡착제 표면의 표면자리 농도가 증가하여, 흡착능이 향상되는데, BET법으로 측정된 비표면적 분석결과에 따르면 하소온도를 550℃에서 무정형 알루미늄 산화물의 비표면적은 99.9 ㎡/g로 나타났다.

한편, 자연계에서의 흡착현상은 같은 전하를 띠는 복합이온 성분으로 흡착이 영향을 주게 되지만 지금까지 흡착과 관련된 연구에 있어서는 자연계의 물질구성을 고려하지 않고 단일이온에 대한 연구가 주로 수행되어왔다. 본 연구에서는 복합이온에 대한 경쟁흡착의 영향을 확인하기 위하여 양이온 중금속의 경쟁흡착 특성과 비소(V) 흡착에 대한 음이온 성분의 영향을 연구하였다. 실험결과, 구리와 칼슘이 동시에 존재하는 이성분계 흡착의 경우 총농도를 5x10-4 M로 유지한 상태에서 몰농도 비율을 화시켰을 경우 CPW550에 대한 경쟁이온의 영향을 덜 받는 것으로 나타났으며 비소(V) 흡착에 대한 음이온 성분이 단일성분으로 존재할 경우와 비슷한 흡착효율을 나타내었다.

무정형 알루미늄 산화물의 표면흡착결합 반응을 모사하기 위하여 MINEQL+ 프로그램을 적용하였는데 흡착 실험결과와 비교적 잘 일치하는 것으로 나타났으며 표면흡착결합은 주로 inner-sphere 형에 의한 표면착화합물에 의한 것으로 사료되었다. 이러한 결과는 pH에 따른 무정형 알루미늄 산화물의 양이온 중금속 흡착실험과 비소(V)흡착 실험결과에서도 확인이 되었다.

결론적으로, 본 연구의 목적과 관련하여 연마분진 폐기물의 재활용 적용가능성을 분석한 결과 연마분진을 이용하여 제조된 무정형 알루미늄 산화물의 경우 안정성과 비소(V)의 흡착성에서 우수한 것으로 판단되었으며 경쟁이온과의 흡착 경쟁에서도 유리하여 실제 폐수에 대한 적용성이 높을 것으로 판단되었다.

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