트리아민형 킬레이트수지에 의한 프탈로시아닌 염료수용액중

구리의 흡착특성

전 성 균 · 이 성 식 · 김 형 준 · 유 명 호 · 최 대 웅*

동아대학교 공과대학 화학공학과

*동의대학교 공과대학 화학공학과

Adsorption Characteristics of Copper in Phthalocyanine Copper Dye Solution on Triamine Type Chelate Resin

Sung-Kyun Jeon · Sung-Sik Lee ·  Hyung-Jun Kim · Myung-Ho Yu · Dae-Yung Choi*

Depart. of Chem. Eng., College of Eng., Dong-A University

*Depart. of Chem. Eng., College of Eng., Dong-Eui University

서  론

강한 색상과 견뢰도를 갖는 유기합성안료는 금속과 강하고 안정한 착체를 형성하므로1) 침전화학 반응이 일어나지 않아 고액분리법으로 전혀 제거가 되지 않을 뿐만 아니라 흡착법에도 일반적으로 사용되는 활성탄과 같은 흡착제로는 흡착분리가 일어나지 않는다. 또한 금속이온 제거용 킬레이트수지 흡착제일지라도  유기합성염료에 안정하게 결합된 금속과 킬레이트 수지흡착제가 갖는 관능기가 서로 강한 화학적 상호작용을 하지 않으면, 흡착제거가 불가능하다. 따라서 이들 유기합성염료중에 함유된 금속의 제거를 위하여 화학적, 물리적 친화력이 뛰어난 수지흡착제의 선택 및 그 최적 운전 조건에 대한 많은 연구가 필요하다.2)

본 연구는 셀룰로스섬유, 폴리아민계의 나이론 및 종이의 염료, 피혁의 내광성, 각종 잉크의 재료로 쓰이며 열안정성, 내구성이 우수하여 용도가 확대되어 생산량과 사용량이 크게 증가하고 있는 프탈로시아닌 염료(phthalocyanine dye)중에서 청록색계 염료인 프탈로시아닌 구리(phthalocyanine copper)염료가 수 중에 녹아 있을때 구리의 효과적인 제거를 위하여 트리아민형 킬레이트수지 흡착제를 각각 이용하여 이들의 분리가능성을 조사하였으며, 이때 수지흡착제의 종류 및 첨가량과 수용액의 pH 및 염료농도의 변화에 따른 흡착량 및 흡착속도를 실험조사 하였으며, 이때 흡착등온 및 확산계수를 구하여 지금까지 제거가 거의 불가능하였던 프탈로시아닌구리 염료폐수중의 구리의 효과적인 흡착제거 조건 및 흡착탑설계의 기초자료를 제시하고자 한다.

실  험

1. 흡착제와 흡착질

수지흡착제는 일본三養化學사제의 트리아민형(Tri-Amine, -CH2N(CH3)2, 이하 TA)의 킬레이트수지 흡착제를 인큐베이터에서 308∼313 K로 3시간 건조한 것을 사용하였다. 사용한 흡착질은 프탈로시아닌 구리(phthalocyanine copper)의 착화합물인 염료를 사용하였다.

2. 흡착장치 및 실험방법

2.1 등온흡착실험

흡착평형실험은 일정농도의 흡착질과, 미리 준비한 흡착제 일정량을 250ml

삼각플라스크에 넣은후, 298 K로 항온을 유지시키면서 평형에 도달하는 충분한 시간인 48시간동안 흡착시켰다. 평형에 도달시킨 후 수용액중의 잔류농도를 측정하여 흡착전후의 농도차로 부터 흡착량을 구하였다.

수용액의 pH변화가 흡착평형에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 수용액의 pH를 4.1, 6.2, 8.6, 및 10으로 변화시키면서 실험하였다. 이 때 용액 자체의 pH는 10이었으며, pH조절은 pH meter(Model Metrohm 691 pH Meter)로 조절하였다.

2.2 흡착속도실험

흡착속도실험은 12.5×22cm의 유리로 된 흡착 반응기내의 그물바구니(1.5×5×0.5cm)에 투입한 후 수용액의 pH를 조절시킨다음, 298±1 K 항온하에서 입자 외부의 경막저항이 무시되는데 충분한 교반속도인 400rpm3)으로 강하게 교반시키면서 고-액을 교반접촉반응 시켰다. 이 때 일정시간마다 1ml정도의 용액을 채취하여 흡착질의 농도변화를 관찰하였다. 흡착질의 농도는 원자흡광분석기(Atomic Absorption Spectrophotometer, Model SHIMADZU AA-6501F)로 각각 측정하였다.

결과 및 토론

1. 흡착평형

트리아민형수지를 이용한 프탈로시아닌구리 염료수용액중의 구리흡착에 미치

는 영향을 조사하여 그 결과를 Fig. 1에 나타내었다. 수용액중의 구리의 평형농도 Ce에 따라 평형흡착량 qe가 직선적으로 증가하여 Freundlich 흡착등온모델에 잘 따르며 pH가 8.6에서 최대흡착량을 나타내었다.

최적조건인 pH 8.6에서 curve fitting법으로 모델식과 계산치를 비교한 결과, Fig. 2와 같이 구리의 흡착등온모델이 변수가 1개뿐인 Henry식에는 잘 맞지 않았으나, 변수가 2개인 Freundlich 및 Langmuir와 변수가 3개인 Toth식에는 모두 실험치와 잘일치하였다.

2. 흡착속도

Fig. 3은 트리아민형수지에 의한 프탈로시아닌 염료수용액중의 구리의 확산계

수를 구하여 평형흡착량과의 관계를 프롯트한 결과이다. 확산계수는 평형흡착량과 수용액의 pH에 영향을 받음을 알 수 있다.

참 고 문 헌

1. Poon, C. P. C., "Removal of Copper, Nickel, Zinc, Cadmium and Cyanide from Plating Wastewater by Electroflotation", International Conference on Management and Control of Heavy Metals in the Enviroment, London, U. K., p572 (1979).

2. 木村光雄, □染溶□基礎物理化學□, 東京纖維硏究社, p114 (1990).

3. Suzuki, M. and Kawazoe, K., "Effective Surface Diffusion Coefficients of Volatile Organics on Activated Carbon During Adsorption from Aqueous Solution", J.Chem. Eng. Japan, 8, 5, 379(1975).