암모니아의 재생 및 농축을 위한 금속 전구체에 따른 금속 첨착 활성탄의 흡착 및 탈착 특성에 관한 연구

조광희(Gwang Hee Cho),박지혜(Ji Hye Park),Haroon Ur Rasheed,윤형철(Hyung Chul Yoon),이광복(Kwang Bok Yi) 한국청정기술학회 2020 청정기술 Vol.26 No.2

전기화학적 방법과 활성탄 흡착 연계 공정을 이용한 절임염수 재이용 기술 연구

이은실,김대기 한국환경기술학회 2018 한국환경기술학회지 Vol.19 No.6

절임염수 재이용을 위한 전기화학적 시스템과 활성탄 흡착시스템 연계를 위한 평가를 수행하였다. 대상 전극은 IrOx/Ti 불용성촉매전극을 사용하였으며, 염분 농도 10 %에서의 전류밀도에 따른 잔류염소 농도 변화와 활성탄을 이용한 잔류된 염소 및 유기물 흡착능을 확인하였다. 실험 결과, 500 A/㎡, 1,000 A/㎡의 경우 인가된 전류량이 0.33 Ah/L일 때 더 이상 잔류염소 농도 증가 없이 일정하게 유지되는 것을 확인하였다. 잔류염소 농도 별 흡착효율 평가 시 단위흡착량은 Y = 0.0066 + 2.087 × 10-4b 식을 유추할 수 있으며 전기화학 방법에 의한 잔류염소 발생과 활성탄 흡착에 의한 제거 시 단위흡착제거량이 0.33 g/g으로 동일하게 나타나는 것을 확인하였다. 또한 활성탄 최대 유기물 흡착량은 CODCr의 경우 0.021 g/g, CODMn의 경우 0.004 g/g을 확인하였다. A system combining an electrochemical method and an adsorption system using activated carbon was assessed to facilitate the reuse of cabbage-salting brine. IrOx/Ti insoluble catalyst electrodes were used in the experiment. The results were analyzed to identify any changes in the residual chlorine concentration according to variations in the current density at a salinity of 10 %, as well as the capacity of the activated carbon to adsorb the residual chlorine and organic matter. For current densities of 500 A/m2 and 1,000 A/m2, the residual chlorine concentration did not increase, instead stabilizing once the current reached 0.33 Ah/L. To assess the adsorption efficiency according to the residual chlorine concentration, the unit amount of the adsorption can be estimated from Y = 0.0066 + 2.087 × 10-4b. For both residual chlorine generation using an electrochemical method and chlorine removal through activated-carbon adsorption, the unit amount of adsorption was 0.33 g/g. The maximum amount of CODCr organic matter adsorbed by the activated carbon was 0.021 g/g, while for CODMn, the value was 0.004 g/g.

전기화학적 방법을 이용한 Spent Granular Activated Carbon (GAC)의 재생 연구

이상민,주수빈,조영수,오예지,김형준,심인태 대한토목학회 2022 대한토목학회논문집 Vol.42 No.4

This study investigates the characteristics of the GAC adsorption behavior during the operation of a multi-stage cross-flow filtration and GACadsorption process for the purpose of devising an advanced treatment of combined sewer overflows (CSOs) and evaluates the regeneration efficiency of spent GAC that has reached the design breakpoint. During the filtration process, suspended substances are easily removed, but dissolved organic substances are not removed, necessitating a process capable of removing dissolved organic substances for the advanced treatment of CSOs. In general, GAC adsorption has been applied under low-concentration organic conditions, such as for water purification and tertiary treatmentsof sewage, and has rarely been applied under conditions with high organic concentrations, such as with sewage or CSOs. Accordingly, this study will provide a new and interesting experience. Also in this study, the continuous operation and breakthroughcharacteristicsof GAC according to the strength of the inflow organic matter were investigated, electrochemical regeneration was applied to the used GAC, and the regeneration efficiency was evaluated through desorption and re-adsorption tests. The results showed that the breakthrough period was 21 days under high concentration conditions, 28 days at medium concentrations, and 32 days under low concentration conditions. The desorption of adsorbed organic matter through electrolysis occurred in the range of 188 to 609 mgCOD/L depending on the electrolysis conditions, and the effect of the electrolyte type led to the finding that NaOH was slightly higher than H2O2. 본 연구는 CSOs의 고도처리를 목적으로 다단 횡류식 여과와 GAC 흡착조의 융합공정의 운영에서 GAC 흡착조의 유기물 처리 특성을 조사하고 설계 파과점에 도달한 GAC를 전기화학적 방법을 통한 재생효율을 평가하는 것이다. 여과공정은 부유물질은 용이하게 제거되지만 용존 유기물이 제거되지 않아 CSOs의 고도처리를 위해서는 용존유기물질의 제거능이 추가로 필요하다. 일반적으로 GAC 흡착은 정수처리 공정이나 하수의 3차 처리공정과 같은 저농도 유기물 조건에서 적용되어왔고 하수나 CSOs와 같이 유기물 농도가 높은 조건에서는 거의 적용이 되지 않았기에 본 연구에서 GAC를 이용한 CSOs 처리는 흥미로운 경험을 제공할 것이다. 본 연구는 유입 유기물 강도에 따른 GAC의 연속 운전 및 파과 특성을 조사하고 사용된 GAC를 전기화학적 재생을 적용하였으며, 이때 전압강도 및 전해액이 종류에 따른 흡착 유기물의 탈착 특성을 조사하였고 재생 후 GAC의 재흡착실험을 통해서 재생효율을 평가하였다. GAC 연속 운전결과 파과기간은 고농도 조건에서 21일, 중농도에서 28일 그리고 저농도에서 32일을 나타내었다. 전기분해를 통한 흡착 유기물의 탈착은 전기 분해 조건에 따라 188~609 mgCOD/L까지 발생하였고 전해액 종류의 영향은 NaOH가 H2O2보다 조금 우수한 탈착 특성을 나타냈다.

Electrokinetic Extraction of Heavy Metal from Clayey Soil : Desorption Characteristics During Electrical Treatment

이명호,장연수,Lee, Myung-Ho,Jang, Yeon-Soo Korean Society of Soil and Groundwater Environment 2007 지하수토양환경 Vol.12 No.3

동전기적 처리에 의한 무기 오염 물질의 이동 및 제거율을 조사하기 위해 일련의 흡착/탈착 실험 및 동전기 정화 실험을 실시하였다. 동전기적 효과로 인해 발생된 양극 부근에서의 탈착 현상 및 음극 부근에서의 침전 현상을 중금속으로 오염된 점토 시료의 흡착 및 탈착 특성과 비교하여 분석하였다. 제거 효율은 300 V/m의 전압구배로 약 4시간의 동전기적 처리 결과 80% 정도의 높은 제거 효율을 확인할 수 있었다. A number of batch isotherm and electrokinetic experiments were conducted in order to investigate the migration of zinc and its removal efficiency during electrokinetic soil processing. Sorption and desorption characteristics of zinc spiked kaolin clay have been examined by comparison with electrically induced desorption and precipitation occurring in the anode and cathode regions, respectively. The removal efficiency of zinc under the applied voltage gradient of 300 V/m was found to be up to approximately 80 % within 4 hours of the electrokinetic treatment. The study is significant with respect to the remediation of contaminated areas.

전기 흡착식 이온제거 공정에서의 중금속 제거 효과

홍수경 ( Su Kyeong Hong ),김한주 ( Han Joo Kim ),박수길 ( Soo Gil Park ) 충북대학교 건설기술연구소 2011 建設技術論文集 Vol.30 No.2

전기 흡착식 이온제거(CDI) 공정은 충전 시, 두 개의 다공성 탄소전극에 적절한 전압을 인가하고 그 사이로 이온들이 함유된 물을 흘려주어 양이온은 음극에, 음이온은 양극에 흡착되어 이온들이 서로 분리되고, 양이온과 음이온으로 포화된 탄소전극은 반대 전압을 인가해주면 흡착된 이온들이 탈리되는 원리이다. 이번 연구에서는 전기 흡착식 이온제거 공정에서의 중금속 제거 효과에 대해 알아보았다. 제작한 CDI셀의 최적조건을 알아보기 위해 NaCl의 농도와 유속에 따른 셀 성능 평가 실험을 하였디. 실험 결과 최적 조건은 NaCl농도 200 ppm과 유속 10 mL/min임을 확인하였다. 이 최적 조건 하에서 CuSO4·5H2O, NiSO4·6H2O, MnSO4·H2O, FeCl3·6H2O, SnCl2·2H2O, CoCl2·6H2O용액을 사용하여 CDI공정에서의 중금속 제거 효과에 대해 알아 보았다. 실험 결과 Cl-포함된 용액에서는 이온제거율이 l00%를 나타낸 반면 SO4(2-)가 포함된 용액에서는 약 80∼90%의 이온제거율을 보였다. 대부분의 중금속의 경우 산화 환원 전위가 CDI 작동 전위인 1.2 V보다 낮아 산화 환원 반응이 일어나 전극에 석출 된 것으로 나타났다. 이런 문제점을 해결 하기 위해서는 중금속 종류에 따라 CDI 작동 전위의 변화를 주거나 pH값의 변화를 주면 CDI공정에서 중금속 제거 효과가 가능 할 것으로 생각된다. Capacitive deionization(CDI) process is a removal process of ions via electrochemical adsorption using porous carbon materials. The ions are adsorbed onto the surface of porous carbon electrodes by applying electric field to brackish water. In this study, the heavy metal removal effect in capacitive deionization process was investigated. In order to find the optimum condition of fabricated CDI cell, the CDI cell performance was evaluated according to NaCl concentration and flow rate. The optimum condition was 200ppm NaCl and l0mL/min. The effect of heavy metal removal in capacitive deionization was investigated using CuSO4·5H2O, NiSO4·6H2O, MnSO4·H2O, FeCl3·6H2O, SnCl2·2H2O, CoCl2·6H2O. The removal rate was influenced on anion group, and ion remval rate in the solution including Cl- was about 99% and in the solution including SO4(2-) was about 83%. CDI process has precipitation problem, but if the voltage and pH value change, the heavy metal removal might be possible.

전기화학식 가스센서를 활용한 악취흡착의 실시간 성능 평가에 관한 연구

김준철,김선태 한국냄새환경학회 2011 실내환경 및 냄새 학회지 Vol.10 No.1

흡착시설에서의 악취 저감효율 평가 방법으로 공기희석관능법과 기기분석이 이용되고 있으나, 이러한 분석방법들은 패널의 주관성을 비롯하여 비용과 전문 기술 인력 등의 문제로 실시간의 연속적인 분석에 어려움이 있다. 이에 본 연구에서는 전기화학식 가스센서를 활용하여 악취 흡착 처리시에 실시간으로 성능을 평가하는 시스템을 제안하고, 이를 정립하기 위한 기초실험 결과를 검토하고자 하였다. 실시간 평가 장치를 설계 및 제작하여 입/출구센서의 감응값과 황화수소 농도의 상관계수를 확인한 결과, 각각 0.9920과 0.8340로 양호한 결과를 나타내었다. 또한, 활성탄을 사용하여 흡착 실험을 한 결과, 3회 반복실험에 대한 흡착제 0.5g과 1.0g에 대한 흡착량의 상대표준편차(%RSD)는 6.97%와 3.49%로 매우 우수한 재현성을 나타내었다. 본 연구를 통하여 고가의 장비에 의존하지 않고 전기화학식 가스센서를 활용하여 악취 물질의 처리효율을 실시간으로 평가할 수 있는 가능성을 확인하였다. This study was carried out to suggest a realtime evaluation system for the odor adsorption efficiency with electrochemical sensors. As the results of the experiments for the realtime evaluation system, the correlation coefficient between the sensor signals and the hydrogen sulfide concentration was relatively good, 0.9920 and 0.8340, respectively. The relative standard deviation of three replicative experiments for the adsorption amount in the conditions of 0.5g and 1.0g of adsorbent was 6.97% and 3.49%, respectively. This study would contribute the realtime evaluation of odor control efficiency to overcome the limitations of olfactory method and instrumental analysis in terms of cost and technology.

오일샌드 플랜트 생산수 처리를 위한 전기흡착식 탈염화(CDI)와 막결합 전기흡착식 탈염화(MCDI) 공정의 성능 비교

구재욱 ( Koo Jae-wuk ),신용현 ( Shin Yong-hyun ) 한국물환경학회 2023 공동춘계 학술발표회 논문집 Vol.2023 No.0

전기방사 후 탄소화된 폴리아크릴로니트릴(PAN) 나노섬유의 수용액 중 붕소 흡착

홍소희,한선기,김수영,원용선 한국청정기술학회 2022 청정기술 Vol.28 No.3

Boron(B) is a rare resource used for various purposes such as glass, semiconductor materials, gunpowder, rocket fuel, etc. However, Korea depends entirely on imports for boron. Considering the global boron reserves and its current production rate, boron will be depleted on earth in 50 years. Thus, a process including proper adsorbent materials recovering boron from seawater is demanded. This research proposed carbonized nanofibers prepared from electrospun PAN(polyacrylonitrile) mats as promising materials to adsorb boron in aqueous solution. First, the mechanism of boron adsorption on carbonized nanofibers was investigated by DFT(density functional method)-based molecular modeling and the calculated energetics demonstrated that the boron chemisorption on the nitrogen-doped graphene surface by a two-step dehydration is possible with viable activation energies. Then, the electrospun PAN mats were stabilized in air and then carbonized in an argon atmosphere before being immersed in the boric acid aqueous solution. Analytically, SEM(scanning electron microscopy) and Raman measurements were employed to confirm whether the electrospinning and carbonization of PAN mats proceeded successfully. Then, XPS(X-ray photoelectron spectroscopy) peak analysis showed whether the intended nitrogen-doped carbon nanofiber surface was formed and boron was properly adsorbed on nanofibers. Those results demonstrated that the carbonized nanofibers prepared from electrospun PAN mats could be feasible adsorbents for boron recovery in seawater 붕소(Boron)은 희소자원으로 유리, 반도체 재료, 화약 등 다양한 용도로 사용되고 있는데, 우리나라의 경우 붕소를 전량 수입에 의존하고 있으며 전 세계 붕소 매장량과 현재 추세의 생산량을 고려하면 50년 이후 지상의 붕소는 고갈될 확률이 높다. 따라서 안정적 붕소의 공급을 위해 해수 내의 붕소를 회수할 수 있는 소재 및 공정의 개발이 요구된다. 이에 본 연구에서는 수용액 중 붕소를 회수하기 위한 소재로 전기방사 후 탄소화된 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile, PAN) 나노섬유를 도입하였다. 먼저 탄소섬유 표면의 붕소 흡착 기작을 이론적으로 구현하기 위해 범밀도함수이론(density functional method) 기반의 분자모델링 작업을 수행하였는데, 계산된 에너지도(energetics)에 따르면 붕소가 탄소섬유 표면에 흡착되는 화학반응이 가능한(viable) 것으로 판단되었다. 한편 전기방사로 제작된 PAN 나노섬유를 대기 중에서 안정화를 진행한 후 아르곤(Ar) 분위기에서 탄소화하였고 붕산 수용액에 담지시켰다. SEM과 Raman 분석을 통해 각각 전기방사와 탄소화가 잘 진행되었는지 확인하였고, XPS 분석을 통해 탄소섬유 표면에 질소가 잘 도핑되었는지 여부와 붕소의 흡착 여부를 확인하였다. 결과적으로 전기방사된 PAN으로부터 제작된 탄소섬유는 해수 내 붕소 회수에 사용될 수 있는 소재로 판단된다.

SEBS계 고분자 합성 및 제조된 이온 교환막의 전기흡착탈이온 모듈에 대한 적용을 위한 특성 평가

임광섭,손태양,고태호,김지현,남상용 한국공업화학회 2020 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2020 No.-

현재 수자원 오염에 따라 직접적으로 느낄 수 있는 부분인 식수, 생활용수 부족 문제 해결을 위해 현재는 해수담수화 공정이 꾸준하게 연구되고 있다. 해수담수화 공정은 해수를 담수화 시켜서 수자원을 확보할 수 있는 기술이며, 그 중에서도 전기흡착탈이온(EAD) 공정이 가장 많은 연구로 진행되고 있다. 수중에 녹아있는 무기물들이 대부분 이온화되어 있는 수중의 무기물들을 이용한 전기흡착탈이온 공정은 이온교환을 통해 담수화를 진행하는 방법으로 이온 교환막을 이용한 전기투석법과 이온 교환 수지법이 혼합된 공정이다. 전기흡착탈이온 공정은 두 가지의 공정이 혼합되어 있는 방법이기에 각각의 공정보다 우수한 효율을 나타낼 수 있으나 이온 교환 수지의 분포에 따라 성능이 변할 수 있고 모듈이 커질 수 있는 단점을 갖고 있다. 본 연구는 현재 상용화된 이온 교환 공정에 사용되고 있는 모듈의 성능 향상을 위해 기존보다 이온교환용량이 더 향상된 고분자를 합성하고 더 작고 균질한 이온 교환 능력을 가진 나노 입자 사이즈의 이온 교환 수지를 이용하여 이온 교환막을 제조하고 평가 하였다.

SEBS계 고분자 합성 및 제조된 이온 교환막 특성 평가를 통한 전기흡착탈이온 모듈에 대한 적용

임광섭,손태양,고태호,우창화,남상용 한국공업화학회 2019 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2019 No.0

현재 수자원 오염에 따라 직접적으로 느낄 수 있는 부분인 식수, 생활용수 부족 문제 해결을 위해 현재는 해수담수화 공정이 꾸준하게 연구되고 있다. 해수담수화 공정은 해수를 담수화 시켜서 수자원을 확보할 수 있는 기술이며, 그 중에서도 전기흡착탈이온(EAD) 공정은 많은 연구가 진행되고 있다. 전기흡착탈이온 공정은 수중에 녹아있는 무기물들이 대부분 이온화되어 있는 성질을 이용하여 이온교환을 통해 담수화를 진행하는 방법으로 이온 교환막을 이용한 전기투석법과 이온 교환 수지를 이용한 이온 교환 수지법이 혼합된 공정이다. 전기흡착탈이온 공정은 두 가지의 공정이 혼합되어 있는 방법이기에 각각의 공정보다 더 나은 효율을 나타낼 수 있지만, 이온 교환 수지의 분포에 따라 성능이 변할 수 있고 모듈이 커질 수 있는 단점을 갖고 있다. 본 연구는 현재 상용화된 이온 교환 공정에 사용되고 있는 모듈의 성능 향상을 위해 기존보다 이온교환용량이 더 향상된 고분자를 합성하고 기존의 이온 교환 수지보다 더 작고 균질한 이온 교환 능력을 가진 나노 입자 사이즈의 이온 교환 수지를 이용하여 이온 교환막을 제조하였다.