| 학회 | 한국화학공학회 |
| 학술대회 | 1996년 가을 (10/18 ~ 10/19, 경북대학교) |
| 권호 | 2권 2호, p.1677 |
| 발표분야 | 분리기술 |
| 제목 | 전기삼투에 의한 활성탄의 재생[Ⅰ] － Phenol의 제거 |
| 초록 | 전기삼투는 대전한 입자가 반대전하를 가진 전극 쪽으로 전기적 인력에 의하여 이동하는 전기영동과 반대되는 전기화학적 현상으로 전기장 속에서 대전입자를 고정할 때, 용액이 이동하는 현상이다. 문헌에 보고된 전기삼투 현상의 응용에는 토양의 고화를 위한 수분의 제거[1], 슬러지의 탈수[2], 공정에 이용되는 막의 세척[3] 이외에 토양으로부터 오염물질 제거가 있다. 지하수에서 무기 오염물질의 이동에 관한 연구가 Ferguson과 Nelson[4]에 의하여 수행된 이후 Lageman 등[5]은 점토, 카오리나이트(kaolinite) 및 이탄 등으로부터 중금속(cadmium, chromium, lead 등)의 90% 이상이 제거된다고 보고하였다. Shapiro 등[6], Bruell 등[7] 및 Acar 등[8]은 유기 오염물질인 acetic acid, phenol, gasoline 탄화수소 및 trichloroethylene의 제거에 관하여 발표하였다. phenol은 살충제의 분해, 화학 공장의 유출수, 화학 공장에서의 실수에 의한 방류 및 유해 폐기물의 침출수로서 원수에 유입되는 대표적인 오염물질로서 발암물질이기 때문에 음용수나 방류수의 규격에서 엄격히 규제되고 있다. 본 연구에서는 전기삼투의 폐활성탄 재생활용 가능성을 알아보기 위한 기초 연구로서 phenol을 흡착시킨 활성탄에 대한 전기삼투 특성과 phenol 제거에 미치는 전기화학적 변수의 영향에 관하여 조사하였다.실험 phenol은 Junsei사의 GR급, Na0H는 Tedia사의 GR급 그리고 활성탄은 American Norit사의 Darco 활성탄(4∼12 mesh)을 사용하였다. Darco 활성탄은 표면적 650[m2／g], 세공 용적 0.92[cm3／g] 그리고 밀도 1.41[g／cm3]이며 세공용적과 밀도로부터 계산한 공극율은 0.57이다. 전기삼투 장치는 Hamed 등[9]의 장치를 변형·개량하여 사용하였다. Fig.(1)과 같이 내경 31mm, 길이 55mm의 아크릴 관의 양단에 전극을 달고 일정한 수두가 유지되도록 하였다. 한 쪽 전극에는 유출량을 계량할 수 있게 하고 다른 쪽 전극에는 10ml용량의 저장 용기를 설치하여 시료 채취가 가능하도록 하였다. 각 전극의 상부에는 배기관을 설치하여 생성 기체가 쉽게 배출되도록 하였다. 전극은 양극산화가 적고 전극의 표면 석출물을 쉽게 제거할 수 있는 흑연 재질로써 외경 24mm, 내경 8.0mm 그리고 두께 10mm의 워셔(washer) 형으로 만들어 사용하였다. 전극 재료로 일본 Toyo 탄소의 고순도의 등방성고밀도 흑연을 사용하였다. 시료와 전극은 다공성 아크릴 판과 여과지로써 분리시켰다. 양단의 전극 부분과 본체를 플랜지(flange)로 연결시켜 본체와 전극이 쉽게 분리·결합되도록 하였다. 전원 장치는 최대전류 1A, 제어전압 ±10volt, 최대 출력전압 32volt인 EG ＆ G사의 scanning potentiostat model 362를 사용하였다. phenol의 분석은 자외선 영역에서 bezenoid band의 흡수 파장인 270 nm에서의 흡광도를 측정하여 계산하였다. 20∼100 ppm 농도 범위에서 직선성이 있으므로 100 ppm 이상의 농도에서는 희석하여 분석하였다. 활성탄 일정량을 취하여 100℃의 물 속에서 30분 동안 가열하여 세공 속의 공기 및 수용성 물질을 제거하였다. 전원 장치로부터 일정한 전류를 공급하면서 시간 경과에 따른 양극과 음극 사이의 전압과 용액의 유량을 측정하였다. 또한 일정 시간 간격으로 흐름 액과 저장조 액의 phenol 농도를 측정하였다. 실험이 끝난 후에는 전극 표면의 이물질을 사포로 제거한 다음, 전극을 재사용하였다.결과 및 토론 0.01M NaOH 수용액 전해질 용액과 정전류 조건에서 얻은 시간 변화에 따른 유량과 전압 구배는 각각 Fig.2, Fig.3와 같다. Fig.2는 최초 약 3 시간 동안에는 유량이 거의 없으며 2.0[mA／cm2]의 전류에서는 2ml의 적은 유량을, 2.5[mA／cm2]와 3.0[mA／cm2]에서는 각각 8ml, 15ml의 유량을 보여준다. Fig.3에서는 유량이 매우 적은 2.0[mA／cm2]의 경우에는 2.0[volt／cm] 미만의 전압구배인 것에 비하여 2.5[mA／cm2]와 3.0[mA／cm2]에서는 2.0volt／cm 이상의 전압구배를 나타낸다. NaOH 수용액의 농도 변화가 전압구배에 미치는 영향을 알아보기 위하여 0.005M과 0.001M 농도에서 행한 실험 결과에 의하면 전기삼투 흐름이 시작되는 전압구배는 0.005M의 경우에는 약 2.2[volt／cm]이며 0.001M의 경우에는 약 2.5[volt／cm]이었다. 50mg phenol／g carbon으로 phenol을 흡착시킨 Darco 활성탄에 0.01M NaCl 수용액을 퍼지 (purge) 용액으로 하여 2.5[mA／cm2]와 3.0[mA／cm2]의 전류밀도에서 전기삼투 실험을 행하여 시간과 유출량 변화에 따른 phenol 제거효율을 각각 Fig.4와 Fig.5에 나타내었다. phenol 제거효율은 흡착 phenol 양에 대한 유출액 속의 phenol 양의 비로서 나타낸 것이다. 시간 변화에 따른 phenol 제거효율을 나타내는 Fig.4에서 3.0[mA／cm2] 전류밀도에서는 10% 제거에 12 시간, 50% 제거에 32 시간 그리고 90% 제거에는 55 시간이 소요됨을 나타낸다. 2.5[mA／cm2]의 전류밀도에서는 조금 더 많은 시간이 소요됨을 보여준다. Fig.5에서는 Fig.4의 경우와 달리, 2.5[mA／cm2]와 3.0[mA／cm2]의 전류밀도에서 유량에 따른 제거효율에 거의 차이가 없음을 보여준다. 이는 아마도 시간에 따른 유출액의 유속이 불규칙하기 때문이라고 생각된다. 1.5배의 세공 용적에서 50%의 제거효율을 보이며, 2.7배의 세공 용적에서는 거의 90%가 제거됨을 나타낸다. 이상의 결과로부터 판단할 때, 전류밀도를 높이면 제거속도를 더욱 높일 수 있을 것이며, 또한 비교적 적은 유출액량으로 phenol을 제거할 수 있는 점은 전기삼투가 유기물을 흡착한 활성탄 재생에 응용할 수 있는 하나의 잠재력 있는 방법이 될 수 있다고 생각된다.참고문헌[1] N. C. Lockhart, Colloids and Surfaces, 6, 229269, 1983.[2] P. J. Buijs, A. J. G. Van Diemen and H. N. Stein, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Enginneering Aspect, 85, 2936, 1994.[3] W. R. Bowen and H. A. M. Sabuni, Ind. Eng. Chem. Res., 33, 12451249, 1994.[4] J. F. Ferguson and P. Nelson, Proceedings, Workshop on Electrokinetic Treatment and its Applications in EnvironmentalGeotechnical Enginneering for Hazardous Waste Site Remediation, Seattle, Wash. Sect Ⅴ, pp. 127, 1986.[5] R. Lageman, W. Pool and G. Sebsinge, Chemistry and Industry, 18(9), 585 590, 1989.[6] A. P. Shapiro and R. F. Probstein, Environ. Sci. Technol., Vol. 27(2), 283291, 1993.[7] C. J. Bruell, B. A. Segal and M. T. Walsh, Journal of Environmental Enginneering, Vol. 118 (1), 6883, 1992.[8] Y. B. Acar, H. Li and R. J. Gale, Journal of Geotechnical Engineeringasce, Vol. 118(1), 18371852, 1992.[9] J. Hamed Y. B. Acar and R. J. Gale, Journal of Geotechnical Engineering, Vol. 117(2), 241271, 1991.{{}}Fig.1 Schematic diagram of electro-osmosis apparatus{{}}{{}}{{}}{{}} |
| 저자 | 윤진민, 김부웅 |
| 소속 | 부산대 |
| 키워드 | electro-osmosis; phenol |
| 원문파일 | 초록 보기 |
