염료용액의 색도제거용 왕겨흡착제의 특성

김호연, 정준기, 신현기, 김 헌

명지대학교 화학공학과

Characteristic of Rice Husk Sorbents for Decoloration of Dye Solution

Ho-yeon Kim, Jun-ki Jung, Hyun-ki Shin, Hern Kim

Department of Chemical Engineering, Myong Ji University

서론

섬유공업에서의 염료는 일반적으로 빛-산화제에 안정하다. 또 세균의 분해력에 대하여 저항력이 강하다. 염색폐수의 일반적인 처리방법으로는 BOD, COD, 색도제거로 크게 나눌 수 있다. 세부적인 처리방법으로는 여과, 자연침강 등의 물리적 방법, 산화제를 이용하는 화학적 방법, 응집, 침전, 흡착 등의 물리화학적방법, 미생물을 이용하는 생물학적 방법 등이 있다. BOD을 줄이기 위해서는 활성 슬러지법, COD와 색도제거에는 활성탄처리법이 주로 사용되고 있다. 그러나 활성탄은 가격이 매우 비싸기 때문에 저가격 고효과의 새로운 물질의 필요성이 증가되고 있다.

최근 합성용액, 섬유폐수에 생물학적 물질들을 이용한 방법 등이 시도되고 있다. 옥수수와 사탕수수(Nassar 1991), 토탄(Poot 1976), 나무껍질(Poot 1978), 이끼(Lee and Low 1987), 왕겨(Nawar and Doma 1989, Laszlo 1997)를 이용한 색도제거 연구가 활발하다.

생물질을 이용한 색도제거법은 기존의 흡착법보다 가격이 싸며, 사용된 흡착제의 처리가 간단하다. 왕겨는 국내에서는 현재 특별한 용도 없이 폐자원으로 처리되고 있으며 가격이 활성탄에 비하여 월등히 싸다. 또, 왕겨는 셀룰로오즈, 헤미-셀룰로오즈, 리그닌 등을 함유하고 있고 silica를 약 20%정도 함유하고 있기 때문에 기계적 강도도 뛰어나다. 음극표면을 가지고 있어서 왕겨자체만으로도 양전하를 띄고 있는 Basic 염료 및 중금속 제거가 가능하다. 또, 왕겨에 흡착된 염료들은 염기성 용액에 다시 용해시켜 셀룰로오즈가 용해될 때 흡착되어 있던 염료물질들을 다시 회수할 수 있는 장점이 있다. 그러나, 왕겨는 섬유공업에 대부분 사용되고 있는 염료인 반응성염료의 제거에는 거의 효과가 없다. 최근 Laszlo등 여러 연구자들은 왕겨에 다양한 반응성기를 첨가는 방법을 이용하여 활성탄과 거의 효과가 비슷한 고활성 왕겨제조에 대한 연구를 진행중에 있다. 국내에서는 왕겨를 이용한 염료의 제거연구가 거의 진행되고 있지 않다. 염료사용공업에서 염료제거에 저가격 고성능의 흡착제의 개발이 요구되고 있다.

본 연구에서는 고활성 왕겨를 제조하기 위한 기초 연구로서 왕겨의 자체의  색도 제거율을 조사하기로 한다. 본 연구에서는 대표적인 Basic 염료인 Basic Red 29, Basic Blue 9을 이용하여 왕겨의 흡착제로서의 특성 및 대응하는 색도제거율을 조사하였다.

실 험

왕겨에 의한 색도제거율(Uptake)을 측정하기 위하여 다음과 같은 식을 사용하였다.

색도제거율 = [eqn: ({Abs_o`-` Abs_t} over Abs_o ) ``*``100]

여기서 Abso는 초기흡광도, Abst는 시간 t에 따른 흡광도이다.

1. 활성왕겨의 제조

1) 1mm sieve를 이용하여 왕겨부스러기를 제거한다.

2) 왕겨내의 실리카제거를 위하여 20g의 왕겨에 1% w/v Na2CO3용액

250ml를 가한다.

3) 혼합물을 상온에서 45분간 교반 처리한다.

4) 증류수 세척후 60℃ 이하에서 건조한다.

2. 흡착성능 실험

1) 다양한 농도범위(20ppm, 50ppm, 100ppm, 200ppm, 500ppm)의 염료용액         (Basic Red29 Basic Blue9) 500ml를 제조한다.

2) Na2CO3 처리된 활성왕겨와 전처리가 되지않은 일반왕겨를 각각 제조된 염       료용액에 20g 첨가후 교반한다.

3) 일정시간 간격으로 염료용액을 샘플링한다.

4) UV/Vis Spectrophotometer를 이용하여 샘플링된 용액의 흡광도를 측정하여      농도변화를 조사한다.

결과 및 토의

농업 폐자원인 왕겨를 이용하여 Basic염료의 흡착성능을 확인하였으며, 왕겨에 Na2CO3를 처리하여 실리카를 제거후 흡착성능을 비교하여 보았다.

그림 1에 전처리가 없었던 왕겨를 이용하여 흡착된 Basic Red29용액의 흡광도를 측정하여 도시하였다.  500ppm을 제외한 모든 농도 범위에서 실험 시작 약 20분만에 흡광도가 0에 수렴하고 있다.

그림 2에 Na2CO3로 처리한 왕겨를 이용하여 흡착된 Basic Red29용액의 흡광도를 측정하여 도시하였다. 모든 농도 범위에서 20분안에 0에 수렴하는 흡광도를 측정하였다. 그림 1과 2에서 Na2CO3로 처리해준 왕겨가 더욱 빠르고 큰 흡착능을 보이고 있다.

그림 3에 두가지 왕겨를 사용한후 1시간후 색도제거율을 나타내었다. 20ppm에서는 전처리가 없는 왕겨가 약 68%의 색도제거율을 보였다. 나머지 농도에서는 모두 약 90%정도의 색도제거율을 보였다. 모든 농도에서 Na2CO3로 처리한 왕겨가 높은 색도제거율을 보였다.

그림 4에 500ppm의 Basic Red29용액의 흡광도를 측정 도시하였다. 실험시작 약 10분만에 약 90%의 흡광도 감소 즉, 색도제거율을 지닌다. 그림 5에 나타낸 500ppm Basic Blue9용액과 비교할 때  색도제거속도는 느리지만 약 1시간후에는 거의 동일한 97%의 색도제거율을 가진다.

위의 실험결과에서 왕겨는 전처리가 없는 상태라도 아주 좋은 Basic염료의 흡착제이며, 왕겨에 적절한 처리시 더욱 뛰어난 흡착제임을 알 수 있다.

왕겨는 입자가 크기 때문에 수처리방법에 적합하며 셀룰로오즈의 다량함유로 탈착도 쉽게 가능하리라 본다. 그러나, 왕겨는 Basic염료외에는 거의 흡착능력을 가지지 못한다. 그러므로 왕겨에 저렴하고 적절한 활성화법을 찾아낸다면 높은 활용도와 경제성을 가지게 될 것이다.

참고문헌

1. Low, K. S., Lee, C. K. and Heng, L. I., Sortion of basic dyes by Hydrilla      verticillata, Environmental Technology, 15, 115-124, 1987

2. Nassar, M. M. and El-Geundi, M. S., Comparative cost of colour removal      from textile effluents using natural adsorbents, J. Chem. Tech. Biotechnol., 50,     257-266, 1991

3. Poots, V. J. P., McKay, G. and Heally, J. J., The removal of acid dyes from     effluent using natual adsorbents, I. Peat. Water Res., 10, 1061-1066, 1976

4. Low, K. S. and Lee, C. K., Quaternized rice husk as sorbent for reactive       dyes, Bioresource Technology, 61, 121-125, 1997

그림 1. 왕겨에 의한 Basic Red29       그림 2. 실리카가 제거된 왕겨에 의한

용액의 흡광도 변화                   Basic Red29용액의 흡광도 변화

그림 3. 농도와 왕겨에 따른 색도제거율

그림 4. 실리카가 제거된 왕겨에 의한    그림 5. 실리카가 제거된 왕겨에 의한

Basic Red29용액의 흡광도 변화          Basic Blue9용액의 흡광도 변화