In this study, volatile organic compounds (VOCs) emitted from printing industries were analyzed, and an inorganic adsorbent, γ-alumina, was selected for the effective control of the VOC emissions. Printing processes commonly require inks, thinners, and cleaners, and they were mixed organic solvents containing aromatic compounds, ketones, and alcohols. Therefore, toluene, methyl ethyl ketone (MEK), and isopropyl alcohol (IPA) were selected as model compounds for this study. The adsorptive properties using γ-alumina were determined for the model compounds. Both batch isotherm and continuous flow column tests demonstrated that the adsorption capacity of MEK and IPA was 3~4 times higher than that of toluene. The column test performed at an inlet toluene concentration of 100 ppm showed that an 80% breakthrough for toluene was observed after 3 hours, but both MEK and IPA were continuously adsorbed during the same time period. A numerical model simulated that the γ-alumina could remove toluene at a loading rate of 0.4 mg/min only for a 4-hour period, which might be too short of a duration for real applications. Consequently, lifetime enhancement for γ-alumina must be implemented, and ozone oxidation and regeneration would be feasible options.

점토를 이용하여 세 종류의 새로운 형태의 변형된 유기물점토를 제조하였다. Cetylpyridinium chloride (CPC)를 점토에 층간 삽입시켜 OC-CPC를 합성하였고, Aluminium 축을 갖는 Al-PILC 만든 후, cetylpyridinium chloride를 Al-PILC에 삽입시켜 IOC-CPC 화합물을 합성하였다. IR과 TGA를 이용하여 이들 구조를 분석한 결과 층간 삽입반응이 성공적으로 이루어졌음을 확인할 수 있었다. X-ray 회절을 이용하여 층간 거리를 조사하였는데 OC-CPC가 제일 큰 값을 보여 주었다. 층간 구조를 갖는 화합물들은 삽입반응을 이용하여 구조를 변형시킬 수 있으며 이를 통해 층간거리, 표면적, 공간 크기, 화학적 친화성 같은 여러 물리적 성질들을 바꿀 수 있으므로, 본 논문에서는 자연점토를 이용하여 층간 반응을 통해 휘발성 유기화합물의 흡착에 쓰일 수 있는 유용한 유기점토 화합물을 합성하고 이들의 구조를 확인코자 하였다. 벤젠과 톨루엔의 흡착은 IOC-CPC나 Al-PILC에서 보다 OC-CPC에서 더 잘 이루어졌으며, 자연점토에서는 거의 흡착이 일어나지 않았다. OC-CPC 화합물에서는 친 소수성 성질이 크고 층간 거리도 증가했기 때문에 흡착이 잘 일어났다고 볼 수 있으며, 반면에 친수성이 큰 Al-PILC 에서는 벤젠과 톨루엔 같은 휘발성 유기물에 대한 흡착이 상대적으로 적게 일어났다.

Transition-metal oxide semiconductors have various band gaps. Therefore, many studies have been conducted in various application fields. Among these, methods for the adsorption of organic dyes and utilization of photocatalytic properties have been developed using various metal oxides. In this study, the adsorption and photocatalytic effects of WO3 nanomaterials prepared by hydrothermal synthesis are investigated, with citric acid added in the hydrothermal process as a structure-directing agent. The nanostructures of WO3 are studied using transmission electron microscopy and scanning electron microscopy images. The crystal structure is investigated using X-ray diffraction patterns, and the changes in the dye concentrations adsorbed on WO3 nanorods are measured with a UV-visible absorption spectrophotometer based on Beer-Lambert’s law. The methylene blue (MB) dye solution is subjected to acid or base conditions to monitor the change in the maximum adsorption amount in relation to the pH. The maximum adsorption capacity is observed at pH 3. In addition to the dye adsorption, UV irradiation is carried out to investigate the decomposition of the MB dye as a result of photocatalytic effects. Significant photocatalytic properties are observed and compared with the adsorption effects for dye removal.

본 연구는 구리 아연 금속합금의 산화 환원 반응과 합성 알루미늄 실리케이트의 흡착 반응을 이용한 폐수 중 중금속 처리에 관한 연구이다. 극세사 형태로 제조된 구리 아연 금속합금이 수용액 중에 서 산화 환원반응에 의해 아연보다 이온화 경향이 작은 중금속은 환원 처리되고, 이온화 된 아연 및 미 반응 중금속은 흡착 처리하여 제거하는 연구이다. 극세사 형태로 제조된 금속합금 물질은 표면적이 커서 1회 처리만으로도 반응 평형에 도달하게 하여 효율이 높은 것으로 나타났다. 크롬(Cr+3)은 redox 반응 1 회 처리만으로도 100.0 % 제거 되었으며, 수은은 98.0 %, 주석 92.0 %, 구리는 91.4 % 정도 제거되었 다. 카드뮴, 니켈, 납도 각각 40.0 %, 50.0 %, 58.0 %가 제거 되었다. 크롬(Cr+3)은 아연과 이온화 경향 차이가 거의 없지만 제거 효율이 높은 것으로 나타났는데 이는 3가 크롬은 이온 상태로 존재하면 redox 반응에서 발생한 OH- 이온과 결합하여 수산화물 침전을 형성하는 것으로 판단된다. Redox 반응 후 증 가한 아연 및 미반응 중금속 농도를 알루미늄실리케이트를 1회 통과하여 거의 100.0 % 제거할 수 있었 다. 이는 합성 알루미늄 실리케이트의 비표면적이 크고 금속 이온의 흡착능력이 우수한 것으로 나타났으 며, 반응 후 알루미늄 이온은 증가하지 않는 것으로 보아 이온 교환이 아닌 흡착으로 아연 및 중금속 이 온들을 제거할 수 있는 것으로 나타났다.

The potential use of UV-TiO2 photocatalytic oxidation absorbent reactor in the removal of gaseous formaldehyde was studied. This study was conducted inside a bench-type circulation reactor chamber at ambient air conditions. PCO (Photocatalytic Oxidaion) degradation test for formaldehyde was done repeatedly and the average was reported. It was evident that photocatalytic oxidation was proven to be an effective method to control indoor air pollutants, like formaldehyde in indoor air. However, by-products are produced in the case of formaldehyde degradation also CO2, CO, H2O and formic acid are produced. These by-products can inhibit the active site of the photocatalyst. Thus, addition of adsorbent succeeding the PCO-TiO2, acts as a secondary treatment wherein produced by-products from the degradation and unreacted HCHO will adhere to the surface of the adsorbent. In this study, synthetic zeolite and activated carbon pellets were used to control of by-products of formaldehyde. PCOTiO2 degradation alone achieves 86% for a period of 60 minutes. Addition of adsorbent improves the removal efficiency achieving 90% and 96% using activated carbon pellet and zeolite, respectively.

분리막 생물반응기(MBR)는 전통적인 수처리 방법과 비교하여 안정적인 수질확보, 처리부지 감소, 높은 유기물 제거 등의 장점으로 인하여 매우 널리 사용되고 있다. 그러나 긴 고형물 체류시간과 높은 미생물 농도로 인하여 종종 인제거에 제한이 있다. 전통적으로 인을 제거하기 위해 화학적 침전 방법이 가장 널리 사용되고 있으나 이는 과량의 응집제 주입으로 인한 비용 문제 및 대량의 슬러지 발생의 한계점을 가지고 있다. 반면 흡착공정은 상대적으로 운전이 쉽고 간단하며 슬러지 발생량을 현저히 줄일 수 있는 방법이다. 따라서 본 연구에서는 입상 금속산화물 흡착제를 개발하고 이를 이용하여 MBR처리수 내의 인을 제거하는데 적용하고 성능을 평가하였다. 본 연구는 환경부의 연구비(과제번호 2013001390002)를 지원받아 진행되었습니다.

Activated carbon fiber (ACF) filters are widely used to remove volatile organic compounds (VOCs) in air cleaning devices. The performance of ACF filters could be enhanced combining adsorption process with photodegradation process. In this study, to investigate this enhancement effect, a duct-type reactor was made and TiO2 was i㎜obilized on a co㎜ercialized ACF filter. Benzene, toluene, and m-xylene (BTX) were chosen as target compounds. Removal experiments for BTX were done under different air velocity and upstream concentration conditions. The range of inlet concentration was 200～1,400 ppb and the air velocities were 0.4, 0.7 and 1.0 m/s. Adsorption by an ACF filter alone showed high removal efficiency of BTX, depending on the BTX species, the upstream concentration, and the air velocity. The combination of TiO2 and ACF filter significantly increased removal of benzene which was less removed than other pollutants by an ACF filter alone. It was found that the combination effect was small in removal test of toluene and m-xylene. Removal efficiency in the tested experimental conditions was decreased in order of toluene > m-xylene > benzene.

유기성 폐기물인 하수슬러지는 특성상 다량의 수분과 유기물을 함유하고 있어 처리하기가 까다롭다. 우리나라에서는 하수슬러지를 대부분 매립과 해양투기에 의해 처리했으나 2005년 이후 직･매립이 금지되고 최근 해양투기마저 금지됨에 따라 슬러지 처리방법의 개발이 시급하다. 따라서 본 연구에서는 하수슬러지를 재활용하기 위해 열분해 반응 중 하나인 열수가압탄화 반응을 사용하여 Biochar를 생성하였고 생성된 Biochar의 미세기공을 발달시키기 위해 수산화칼륨(KOH)을 이용하여 화학적 활성화 반응을 통하여 활성 Biochar를 생성하였다. 또한 생성된 Biochar 및 활성 Biochar의 특성을 분석하고 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 납(Pb), 아연(Zn), 니켈(Ni)에 대하여 중금속 흡착제로써의 흡착능력 실험을 통해 기존에 연구된 lab-scale실험과 비교평가 하였다. 기존연구에 따르면 하수슬러지를 200ml 용량의 반응기에서 열수가압탄화반응을 통해 하수슬러지 Biochar를 생성하고 수산화칼륨(KOH)을 이용하여 화학적 활성화 반응을 거친 후 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 납(Pb), 아연(Zn), 니켈(Ni)에 대해 중금속 흡착능력을 평가한 결과 80% 이상의 효율이 나타났다. 본 연구에서는 하수처리장에서 발생되는 슬러지 중 탈수 후 배출되는 탈수cake를 이용하여 130L 용량의 반응기에 하수슬러지 100kg을 넣고 220℃ 온도에서 2시간 반응을 통해 Biochar를 생성하였다. 생성된 Biochar는 수산화칼륨(KOH)을 이용하여 600℃, 60분에서 화학적 활성화를 진행하였으며 이후 생성된 활성화 Biochar에 대해 삼성분, 원소분석, 중금속 용출, 양이온교환수지(CEC), SEM, FT-IR 실험을 진행하여 기본특성을 분석하였다. 그 후, 카드뮴(Cd), 구리(Cu), 납(Pb), 아연(Zn), 니켈(Ni)에 대하여 등온 흡착실험을 수행하여 중금속 흡착제로써 흡착성능을 비교평가 하였다.

The purpose of this study is to explore the time dependant behaviors of chloride ions adsorption with cement hydrates, focused on its mechanism. AFt phase and CH phase were not able to absorb chloride ion, however, C-S-H phase and AFm phase had a significant chloride adsorption capacity. Based on the results, this study suggested theoretical approach to depict chloride adsorption behavior with elapsed time of C-S-H phase and AFm phase effectively. AFm phase showed a slow chemical adsorption in 40 days, while C-S-H phase showed binding behavior with 3 stages including the stage of instantaneous physical adsorption other stages.

In this research, equilibrium of adsorption and kinetics of As(V) removal were investigated. The coal mine drainage sludge(CMDS) was used as adsorbent. To find out the physical and chemical properties of CMDS, XRD (X-ray diffraction), XRF (X-ray fluorescence spectrometer) analysis were carried out. The CMDS was consist of 70% of goethite and 30% of calcite. From the results, an adsorption mechanism of As(V) with CMDS was dominated by iron oxides. Langmuir adsorption isotherm model was fitted well more than Freundlich isotherm adsorption model. Adsorption capacities of CMDS 1 was not different with CMDS 2 on aspect of amounts of arsenic adsorbed. The maximum adsorption amount of two CMDS were respectively 40.816, 39.682 mg/g. However, the kinetic of two CMDS was different. The kinetic was followed pseudo second order model than pseudo first order model. Concentrations of arsenic in all segments of the polymer in CMDS 2 does not have a constant value, but the rate was greater than the value of CMDS 1. Therefore, CMDS 2, which is containing polymer, is more effective for adsorbent to remove As(V).

많은 미생물들이 수용성 망간이온(Mn2+)을 불용성인 산화망간(Mn4+) 광물로 산화 침전시키는데, 이와 같은 생물학적 산화반응은 비생물학적 산화반응보다 훨씬 빠르게 일어난다. 이처럼 미생물에 의해 생성된 바이오 산화망간 광물은 표면의 강한 흡착성과 산화환원 반응을 통해 생지구화학 순환과 환경오염물질의 생물흡수도에 큰 역할을 한다. 본 논평은 양자역학의 밀도범함수 이론에 바탕을 둔 전산모사를 이용하여 산화망간 광물 표면의 독성금속 흡착의 자세한 기작과 망간원자 빈자리의 광화학적 역할을 새롭게 밝힌 최근 연구결과를 소개한다.

철 (산수)산화물은 높은 반응성과 큰 비표면적 등의 특성을 갖는 이차광물로서 환경관련 산업이나 연구에서 무기 및 유기 오염물질들을 효과적으로 제거할 수 있는 수착제로 널리 활용되어 오고 있다. 이러한 철 (산수)산화물들 중에서 침철석(α-FeOOH)은 지중에서 가장 많이 분포하고 안정된 광물로 알려져 있다. 본 연구에서는 이러한 침철석을 이용하여 비소를 제거하는데 있어서 주요한 기작인 흡착반응에 대하여 알아보았다. 순수한 침철석을 얻기 위하여 실험실에서 합성하였으며, 침철석의 다양한 광물학적, 물리화학적 특성들을 분석하여 비소와의 흡착반응을 해석하는데 이용하였다. 그리고 비소의 화학종별 침철석에 대한 흡착특성을 비교하기 위하여 흡착 등온식을 얻기 위한 평형흡착실험, pH에 따른 흡착실험, 흡착반응속도 실험 등을 수행하였다. 합성된 침철석의 영전하점(point of zero charge, PZC)은 7.6으로 다른 철 (산수)산화물들에 비해서 상대적으로 약간 높은 값으로 측정되었다. 침철석의 비표면적은 29.2 m2/g으로 다른 철 (산수)산화물들에 비해 비교적 낮게 나타나서 흡착력이 다소 떨어질 것으로 예상되었다. 침철석에 대한 친화도는 3가 비소(아비산 이온)가 5가 비소(비산 이온)보다 훨씬 더 커서 동일한 pH 조건에서 3가 비소가 5가 비소보다 침철석에 많이 흡착되는 것으로 조사되었다. pH에 따른 비소 화학종별 흡착특성을 살펴보면 3가 비소는 중성의 pH 범위(7.0~9.0)에서 가장 높은 흡착을 보였으며, 산성 또는 염기성 pH 조건에서는 흡착량이 크게 감소하는 것으로 나타났다. 5가 비소의 경우에는 낮은 pH 조건에서 가장 흡착이 잘 일어났으며 pH가 증가함에 따라서 흡착은 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 거시적인 현상은 pH에 따라서 각 비소종의 화학적 존재형태와 침철석의 표면 전하가 변하기 때문에 발생하는 정전기적인 작용에 의한 것으로 생각된다. 침철석과 비소와의 흡착반응속도를 가장 잘 모사하는 반응속도 모델은 parabolic diffusion 모델인 것으로 평가되었으며, 회귀 분석 결과 5가 비소가 3가 비소보다 반응속도상수가 크게 나타났다.

최근 들어 비소오염에 대한 환경적 관심이 증대되면서, 세계적으로 비소에 대한 음용수 기준이 강화되고 있으며, 국내적으로도 비소로 오열된 지하수 덴 토양의 출현 빈도가 높아지면서 비소 오염과 그에 대한 처리 및 대책이 주요한 환경적 관심사로 대두되고 있다. 지중에서 비소의 거동은 주로 산화물들과 점토광물에 의하여 제어되는데, 특히 철(산)수산화물이 가장 효과적으로 비소를 제어하는 것으로 알려져 있다. 이에 본 연구에서는 다양한 철(산)수산화물들 중 2-line ferrihydrite가 비소의 거동에 어떠한 영향을 미치는가를 파악하기 위하여 수행되어졌다. 다양한 비소 화학종들 중 자연 상에서 발현 빈도수가 가장 큰 3가 비소(아비산염)와 5가 비소(비산염)가 2-line ferrihydritc와 어떠한 흡착 특성을 갖는지 비교하여 연구하였다. 비소의 흡착제로 실험실에서 제조되어 이용된 2-line ferrihydrite는 10~200nm의 작은 나노 크기, 247m2/g의 비교적 큰 비표면적, 다른 철(산)수산화물보다 높은 8.2의 영전하 pH 등을 갖는 것으로 나타났는데, 이러한 2-line ferrihydrite의 대표적인 물리화학적인 특성들은 비소의 흡착제로서 매우 적합한 것으로 조사되었다. 평형흡착 실험결과, 3가 비소가 5가 비소보다 월등히 높은 흡착력을 보였으며, 3가 비소는 pH 7.0, 5가 비소는 pH 2.0에서 가장 놀은 흡착력을 보이는 것으로 나타났다. 3가 비소는 pH 12.2를 제외하고는 pH에 따른 흡착량이 크게 차이를 보이지 않은 반면, 5가 비소는 pH가 증가함에 따라 흡착량이 현격하게 갈소하는 것으로 나타났다. pH에 따른 비소의 흡착특성을 보다 더 자세하게 초찰한 견과, 3가 비소는 pH 8.0까지는 흡착량이 증가하다가 pH 9.2 이상에서는 흡착량이 급격하게 같소하는 것으포 나타났다. 5가 비소의 경우에는 pH가 증가할 수록 비교적 일정하게 흡착량이 갉소하는 것을 알 수 있었다. 이렇게 비소 화학종에 따라서 상이한 흡착특성을 보이는 이유는 pH에 따른 각 비소 화학종의 화학져 존재 형태(chemical speciation)와 2-line ferrihydrite의 표면전하의 변화 등이 복합적으로 작용하기 때문인 것으로 사료된다. 각 비소 화학종과 2-line ferrihyite와의 흡착특성을 반응속도론적 관점에서 고찰한 결과, 대부분의 비소종들이 2시간 이내에 흡착이 거의 완료되는 것으로 나타났으며, 두 종류의 비소 화학종과 2-line ferrihydrite의 흡착 반응속도를 가장 잘 모사하는 반응속도 모댁은 power function과 elovich model인 것으로 조사되었다.

Adsorption characteristics of toluene vapor, which is one of important source of volatile organic compounds (VOCs), by activated carbon were investigated using a fixed bed adsorption column. The operating parameters such as breakthrough curve, adsorption capacity, mass transfer zone (MTZ), and length of unused bed (LUB) were studied. The experimental results showed that the breakthrough time decreased with increasing inlet toluene concentration and gas flow rate. MTZ and LUB increased with the increase of inlet concentration, gas flow rate, and particle size of activated carbon. The adsorption capacity increased with the increase of inlet toluene concentration, while it decreased with increasing particle size. However, it was kept at constant value regardless of the increase of gas flow rate. Adsorption isotherm of toluene vapor could be represented by the Freundlich adsorption equation fairly well. From the adsorption experiments using some VOC gases such as toluene, xylene, butyl acetate. butanol and acetone, it was also found that the adsorption capacity was higher in the case of gas with higher boiling point and lower vapor pressure.

The properties of biosorption of dye(Rhodmine B) was investigated to figure out the effects of temperature as a function of dye concentration and sludge concentration by the Langmuir and Lagergen adsorption model. It was found that the uptake capacity of biosorption was increased at low temperature. The Langmuir adsorption model was found suitable for describing the biosorption of the dye. The experimental results indicated that the dye uptake process followed the pseudo-first-order kinetics.

Surface complexation models(SCMs) have been performed to predict metal ion adsorption behavior onto the mineral surface. Application of SCMs, however, requires a self-consistent approach to determine model parameter values. In this paper, in order to determine the metal ion adsorption parameters for the triple layer model(TLM) version of the SCM, we used the zeta potential data for Zeolite and Kaolinite, and the metal ion adsorption data for Pb(Ⅱ) and Cd(Ⅱ). Fitting parameters determined for the modeling were as follows ; total site concentration, site density, specific surface area, surface acidity constants, etc. Zeta potential as a new approach other than the acidic-alkalimetric titration method was adopted for simulation of adsorption phenomena. Some fitting parameters were determined by the trial and error method. Modeling approach was successful in quantitatively simulating adsorption behavior under various geochemical conditions.