아민화 리그닌의 양이온성 중금속(Pb<sup>2+</sup>) 흡착 거동 = Adsorption Behavior of Cationic Heavy Metal (Pb<sup>2+</sup>) onto Aminated Lignin
저자
허지원 ( Ji Won Heo ) ; 안량량 ( Liangliang An ) ; 진건송 ( Jiansong Chen ) ; 배진호 ( Jin Ho Bae ) ; 김용식 ( Yong Sik Kim )
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2021
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51-51(1쪽)
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현재 심각한 수질 오염이 전 세계적으로 대두되는 시점에서 친환경적이며, 지속 가능한 재료를 이용한 수질 오염 해결 방안에 대한 연구가 주목받고 있다. 리그닌은 천연 방향족 고분자로 무정형의 3차원적인 네트워크 결합 구조를 가지고, 다양한 화학적 작용기를 가지고 있다. 따라서 리그닌 기반 흡착제를 이용하여 중금속 흡착 공정에 적합성 및 활용 가능성을 확인하고자 하였다.
본 연구에서는 크라프트 리그닌에 amino-silane reagent(APTMS)를 이용한 화학적 개질을 통해 아민화 리그닌을 합성하였고, 아민화 리그닌의 Pb<sup>2+</sup>흡착 거동 및 효율을 분석하였다. 흡착 실험에서 다양한 조건들을 달리하여 최적화된 조건을 탐색하였다. pH에 따른 흡착 분석에서는 pH 7 이상의 범위에서 80 mg/L의 Pb<sup>2+</sup>이온을 100%로 모두 제거하였고, pH가 낮을수록 흡착량이 낮은 것으로 나타났다. 이는 염기성 조건에서 아민화리그닌의 아민기가 가지는 비공유 전자쌍과 Pb<sup>2+</sup>이온의 chelation이 우수한 흡착 능력에 기인된 것이며, 산성 조건에서 아민기는 4차 암모늄 양이온을 형성하여 Pb<sup>2+</sup>이온과의 정전기적 반발력에 의해 흡착 능력이 저조해진 것으로 판단된다. 흡착 등온선 분석을 통하여 Langmuir, Temkin model 식이 적합한 모델임을 확인하였고, Pb<sup>2+</sup> 최대 흡착량은 159.7 mg/g 인 것으로 나타났다. 이는 아민화 리그닌 표면에 Pb<sup>2+</sup>이온이 단분자층의 흡착 및 화학적 흡착이 지배하는 것을 의미한다. 흡착 동역학 분석을 통해 Pseudo-second-order kinetic model과 적합한 것을 확인하였다.
리그닌에 아민기를 도입함으로써 흡착할 수 있는 active site가 증가하였고, Pb<sup>2+</sup>이온 흡착이 우수한 것으로 나타났다. 따라서 아민화 리그닌은 친환경적이고, 가격이 저렴한 흡착제로 활용 가능성을 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
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