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Cu/La-LDH@Fe3O4 나노캡슐을 활용한 효율적인 인산염 제거 및 살균 동시 처리 기술 KCI 등재
Efficient phosphate removal and disinfection in wastewater using Cu/La-LDH@Fe3O4 nanocapsules
- 언어KOR
- URLhttps://db.koreascholar.com/Article/Detail/451744
pp.347-365
본 연구는 하ㆍ폐수 처리 공정에서 인산염 제거와 미생물 살균을 동시에 수행할 수 있는 자성 복합체인 Cu/La-LDH@Fe3O4 나노캡슐을 개발하였다. 본 소재는 인산염과 높은 친화성을 갖는 란타넘과 접촉 독성을 지닌 구리로 구성된 층상 이중 수산화물(Layered Double Hydroxide, LDH)을 자성 산화철 표면에 고정함으로써 흡착, 살균, 회수 기능을 단일 구조에 통합한 것이 특징이다. 기존 LDH 기반 흡착제가 인 제거 또는 살균 중 단일 기능에 초점을 맞추고 있는 것과 달리, 본 연구는 Cu/La 이원 금속 LDH 조성을 통해 두 기능을 동시에 구현하고, Fe3O4 코어를 도입하여 외부 자기장에 의한 신속한 회수를 가능하게 한 점에서 차별성을 갖는다. 상온 및 pH 7 조건에서 수행한 흡착 평형 실험 결과, Langmuir 및 Sips 등온 모델 모두에서 최대 인산염 흡착 용량은 약 66 mg g-1 으로 나타났으며, 반복적인 흡착-탈착 실험 후에도 초기 성능의 80% 이상을 유지하여 우수한 재생 가능성을 확인하였다. 또한 실제 하수처리장 2차 처리수를 대상으로 한 실증 실험에서 인 농도는 0.65 mg L-1에서 방류수 기준인 0.05 mg L-1 이하로 저감되었고, 총대장균은 검출 한계 미만으로 감소하였다. 이러한 결과는 Cu/La-LDH@Fe3O4 나노캡슐이 인 제거와 살균 공정을 하나로 통합할 수 있는 실질적인 수처리 소재로서, 공정 단순화 및 운영 효율 향상에 기여할 수 있음을 시사한다.
This study presents a magnetic nanocapsule adsorbent, Cu/La-LDH@Fe3O4, designed to simultaneously achieve phosphate removal and microbial disinfection in wastewater treatment. Unlike conventional LDH-based adsorbents that focus on either phosphate adsorption or antimicrobial activity, this material uniquely integrates lanthanum-based layered double hydroxides (LDHs) with high phosphate affinity and copper species providing contact-based antimicrobial activity, immobilized on a Fe3O4 magnetic core to enable rapid and complete recovery via an external magnetic field. Adsorption equilibrium experiments conducted at room temperature and pH 7 showed a maximum phosphate adsorption capacity of approximately 66 mg g-1, as determined by both Langmuir and Sips isotherm models. The nanocapsules retained more than 80% of their initial adsorption capacity after four consecutive adsorption–desorption cycles, demonstrating good reusability. When applied to secondary effluent from a municipal wastewater treatment plant, the phosphate concentration was reduced from 0.65 mg L-1 to below the discharge limit of 0.05 mg L-1, while total coliforms were reduced to below the detection limit. These results indicate that Cu/La-LDH@Fe3O4 nanocapsules offer a practical multifunctional platform capable of integrating phosphate removal, disinfection, and magnetic separation into a single treatment step, contributing to process simplification and improved operational efficiency in wastewater treatment systems.
ABSTRACT
1. 서 론
2. 재료 및 실험 방법
2.1 재료
2.2 Cu/La-LDH@Fe3O4 나노캡슐의 합성
2.3 흡착 및 탈착 실험
2.4 분석 방법 및 흡착 모델
2.5 살균 효율 평가
2.6 특성 분석
3. 결 과
3.1 Cu/La-LDH@Fe3O4 나노캡슐의 구조적 및 화학적 특성
3.2 인산염 흡착 성능
3.3 인산염 흡착 메커니즘
3.4 2차 처리수 하⋅폐수 처리
4. 결 론
사사
References
