Radioactive cobalt removal using buckwheat hull-based biochar beads: Opitimization using response surface methodology : 밀껍질 바이오차 비드를 이용한 수중 방사성 핵종(Co(II)) 제거: 반응표면분석법을 이용한 최적화
저자
발행사항
대구 : 경북대학교 대학원, 2019
학위논문사항
발행연도
2019
작성언어
영어
주제어
DDC
692.1 판사항(23)
발행국(도시)
대한민국
형태사항
ix, 92 p. : charts ; 26 cm.
일반주기명
Thesis Advisor: 이대성.
Includes bibliographical references.
UCI식별코드
I804:22001-000000095047
소장기관
Biochar is the carbon-rich product obtained by heating biomass in a closed container with little or no available air. In recent years, biochar has attracted great attention as a potential adsorbent in the treatment of pollutants and for water purification. In this study, alginate encapsulated buckwheat hill-based biochar (BHBC) beads were investigated for the removal of radioactive cobalt from aqueous solution. The BHBC powder and beads were characterized by EA, FT-IR, XRD, TGA, SEM-EDS, BET, and Zeta-potential. The pseudo-second-order kinetic model provided a good correlation with the observed cobalt adsorption on the BHBC beads and the Redlich-Peterson isotherm fitted the adsorption data better than the Langmuir, Freundlich, and Temkin isotherms. The maximum adsorption capacity of BHBC beads was 24.02 mg/g at pH 5, 35 ℃, and 1 g/L of initial cobalt concentration, which was higher than those of previously reported adsorbents. The individual effects and interactions of three key parameters (temperature, contact time, and pH) were investigated using response surface methodology. The maximized cobalt removal efficiency was 100% under the optimal conditions (temperature: 27℃, contact time: 2.75 h, and pH 4.5). The effect of operating parameters such as initial cobalt concentrations, flow rates, bed heights, and bed diameters was investigated in the fixed-bed column studies. Both the Thoams and Yoon-Nelson model were in reasonable agreement with the experimental breakthrough curves. Therefore, the above mentioned results show BHBC beads have good potential as excellent adsorbents for removal of radioactive cobalt from aqueous environment.
더보기바이오차는 산소가 제한된 조건에서 바이오매스를 열분해하여 생산된 탄소가 풍부한 물질을 의미한다. 최근에 들어, 바이오차는 수중 오염물질을 제거하기 위해 충분한 가능성이 있음이 증명되었다. 본 연구에서는, 알지네이트로 고정화된 메밀껍질 바이오차 (BHBC) 비드를 이용해 수중 방사성 핵종(Co(II)) 흡착 성능 평가가 이루어졌다. BHBC 파우더와 비드의 구조적 특성은 EA, FT-IR, XRD, TGA, SEM-EDS, BET 및 Zeta-potential을 통해 분석되었다. 먼저, 회분식 실험에서 BHBC beads에 대한 Co(II) 흡착은 유사 2차 속도식, Redlich-Peterson 모델 및 흡열반응에 적합했다. 또한, 최대 흡착량은 35 ℃, pH 5, 및 초기 Co(II) 농도 1 g/L에서 24.02 mg/g으로 나타났고 이는 선행 연구된 기존 Co(II) 흡착제의 최대 흡착량보다 우수했다. 주요 공정 인자들 (온도, 반응시간, 및 pH)의 개별적인 영향 및 상호작용과 공정 최적화는 반응표면분석법을 사용해 이루어졌다. 그 결과, 최대 Co(II) 제거율은 온도 27 ℃, 반응 시간 2.75 h, 및 pH 4.5에서 100%로 나타났다. 고정층 흡착 실험에서는 유량, 초기 Co(II) 농도, 고정층 높이 및 지름과 같은 다양한 운전 조건에 대한 연구가 수행되었다. 또한, 이렇게 얻어진 결과를 바탕으로 Thomas, Adams-Bohart, 및 Yoon-Nelson 모델에 적용하여 흡착파과곡선을 예측하였다. 그 결과, Thomas 모델과 Yoon-Nelson 모델이 모두 실험 데이터에 적합하였다. 이러한 결과를 바탕으로, BHBC 비드는 수중의 방사성 핵종 (Co(II)) 제거를 위한 훌륭한 흡착제로서 충분한 잠재력을 가지고 있음을 알 수 있었다.
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