H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> 처리한 바이오차의 특성분석 및 메틸오렌지, 메틸렌블루 흡착 = Characterization of H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> Treated Biochar and Adsorption of Methyl Orange, Methylene Blue
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학술지명
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발행연도
2023
작성언어
-주제어
KDC
500
자료형태
학술저널
수록면
283-284(2쪽)
제공처
전세계적으로 살충제, 중금속, 염료 등을 포함하는 다양한 오염물질로 인해 수질 오염 문제가 증가하였다. 오염물질을 제거하기 위한 방법으로 흡착은 효율적인 기술, 저비용, 고성능 및 환경 친화적이라는 장점이 있다. 흡착제로 바이오차를 사용하면 풍부한 공극 부피 및 다양한 작용기로 인해 오염물질의 제거에 적용할 수 있다. 바이오차의 물리적 구조와 화학적 특성은 흡착 과정에 영향을 미치는 주요 요인이다. 바이오차의 흡착 능력을 향상시키기 위한 방법으로는 KOH, NaOH, ZnCl<sub>2</sub>, H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>를 이용한 화학적 처리가 있다. 그 중에서, H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> 처리는 바이오차와 H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub>가 반응하여 표면에 -P=O 및 -P=OOH 작용기를 형성하여 흡착물질과의 상호작용을 향상시킨다. 본 연구에서는 벌채 부산물 및 참나무를 이용하여 H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> 처리한 바이오차의 특성분석 및 메틸오렌지, 메틸렌블루 흡착 실험을 진행하였다. H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> 처리는 25 g의 바이오매스와 40% H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> (250 mL)를 1:10(w/v)으로 혼합하여 24시간 교반 후 건조하여 사용하였다. H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> 처리 전후 바이오차는 탄화로를 이용하여 600℃로 1시간 동안 반응하여 제조하였다. H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> 처리 전후 바이오차의 특성분석은 원소분석, X선 회절 분석(XRD), 푸리에 변환 적외선 분광 분석(FTIR), Brunauer-Emmett-Teller (BET) 방법으로 비표면적 분석, Barrett-Joyner-Halenda (BJH) 방법으로 공극분포 분석을 수행하였다. H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> 처리한 바이오차의 탄화수율이 70~80%로 처리하지 않은 바이오차보다 높게 나타났다. FTIR 분석 결과, H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> 처리 후 P 관련 작용기(P=O 및 P=OOH) 피크가 1220 cm-1에서 나타났으며, 구조적 변화는 H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> 처리에 의해 고온에서 산소와 인의 결합에 의한 것으로 판단된다. H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> 처리 전후 바이오차의 ICP-OES 분석 결과, H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> 처리 후 인 함량이 증가하였다. 이것은 H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> 처리를 통해 바이오차 표면에 인이 도포되었음을 의미한다. 원시료와 비교했을 때, H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> 처리 전후 바이오차의 탄소함량은 증가하였고, 수소 및 산소함량은 감소하는 경향이 나타났다. 또한, H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> 처리 전후 바이오차의 비표면적은 원시료와 비교했을 때 증가하였다. H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> 처리 후 바이오차의 비표면적은 벌채부산물이 1369.50 ㎡/g, 참나무는 1563.90 ㎡/g으로 처리하지 않은 바이오차보다 높았고, 공극 크기는 H<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> 처리 후 바이오차에서 벌채부산물이 1.82 nm, 참나무가 1.75 nm로 미세공극(< 2 nm)으로 나타났다. 또한, 바이오차에 메틸오렌지, 메틸렌블루 흡착 실험을 진행하여 흡착제로서의 가능성을 평가하였다. 메틸오렌지, 메틸렌블루 흡착 실험을 진행한 후 오염물질 제거율을 분석하였고, Langmuir model과 Freundlich model로 흡착등온선을 평가하였다.
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