초임계 이산화탄소를 이용한 토양 내 중금속 추출 기술

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 초임계 이산화탄소를 이용하여 다양한 조건하에서의 토양 내 중금속 추출율 변화량과 효율적인 추출 조건을 찾고자 하였다. 대상 핵종으로는 코발트와 스트론튬, 카드뮴, 납, 아연을 선정하였으며 추출 실험을 위한 추출제로서 코발트와 카드뮴, 아연의 추출에 효과적이라고 알려진 Diisooctlylphosphinic acid (Cyanex-272)와 Di ethylamine (DEA), 스트론튬과 납의 추출에 효과적이라고 알려진 Benzo-18-crown-6 (B18C6), Perfluoro-1-octanesulfosic acid (Net4 pFOSA)를 선정하였다. 토양 내 중금속 추출 실험은 이산화탄소가 초임계 상태가 되는 60 ℃, 200 bar의 조건에서 1시간 동안 수행하였으며 시료 분석을 위한 전처리는 마이크로파를 이용한 방법을, 분석은 유도결합 플라즈마 분광계 (ICP)를 이용하였다. 토양 내에서 다양한 거동을 보이는 중금속의 효율적인 추출 조건을 알아보기 위하여 다양한 조건으로 실험을 수행한 결과, 본 연구에서는 아래와 같은 사항을 확인하였다:
(1) 토양의 비표면적이 커질수록 토양 내 중금속의 추출율은 감소한다.
(2) 일정한 추출제의 양(Cyanex 272 : 1860 μL, DEA : 40 μL, B18C6 : 104.5 μg, Net4 pFOSA : 47 μg)에서의 중금속 추출양은 토양 1 g당 평균 170 μg이고 최대 250 μg을 넘지 못한다,
(3) 추출제의 양은 추출 가능한 중금속의 양과 서로 비례한다.
(4) 토양 내 중금속은 시간이 지나면 화학 결합 형태가 바뀐다.
(5) 일반토양에서의 중금속은 시간이 경과하면 추출율이 감소한다.
따라서 본 연구에서는 일련의 실험을 통하여 다양한 조건하에서 토양과 토양 내 중금속의 추출율 변화량을 측정하였으며 정해진 추출제의 양에 의한 효과적인 추출 조건을 찾을 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The objectives of the present study were to evaluate extraction rates of heavy metal-ions in the soil using supercritical carbon dioxide and extractants and to provide the best experiment condition. Target heavy metal-ions are cobalt, strontium, cadmium, lead and zinc. For extracting the heavy metal-ions in the soil, Diisooctlylphosphinic acid (Cyanex-272), Di ethylamine (DEA), Benzo-18-crown-6 (B18C6) and Perfluoro-1-octanesulfosic acid (Net4 pFOSA) were selected as a extractant. Cyanex-272 and DEA were a good extractant for the extraction of cobalt, cadmium and zinc. The others were an effective extractant for the extraction of strontium and lead. The experiment for extraction was conducted for a hour under 60 ℃, 200 bar and a pre-handling for a specimen analysis was carried out by micro-wave. An Inductively Coupled Plasma Spectrometer (ICP) was used to analyze the specimen that was conducted in the extraction experiment. Through the diverse experiments, this study could obtain the following results that:
(1) the extraction rate is decreased when the specific surface area of the soil is increased,
(2) under limited extractant amount(Cyanex 272 : 1860 μL, DEA : 40 μL, B18C6 : 104.5 μg, Net4 pFOSA : 47 μg), the extraction amount of heavy metal-ions is average 170 μg per 1 g soil and is restricted within 250 μg per 1 g soil,
(3) the extractant amount is proportional to the extractable amount of heavy metal-ions,
(4) the chemical bond of the heavy metal-ions in the soil is changed depending on the time,
(5) an extraction rate of heavy metal-ions in a common soil is decreased when an adsorbed period is increased.
Therefore, we could obtain the extraction rate changes of heavy metal-ions depending on types and sizes of soils, types and sizes of extractants, and the time. Also, we could search the effective condition for the high extraction rate under diverse experiments.

목차 (Table of Contents)

• 요약 = 1
• 목차 = 2
• 표 목차 = 4
• 그림 목차 = 6
• 제 1 장 서론 = 8
• 제 1 절 연구배경 = 8
• 제 2 절 연구 목적 = 9
• 제 2 장 토양의 이론적 고찰 = 12
• 제 1 절 토양의 특성 = 12
• 1. 토양의 정의 및 구성 광물 = 12
• 2. 토양의 입경 분류 및 토성 = 12
• 제 2 절 오염 토양의 정의 및 토양 내 중금속 = 16
• 1. 오염 토양의 정의 = 16
• 2. 토양 내의 중금속 거동 = 16
• 제 3 절 오염토양 정화 기술 = 19
• 1. 전기동력학적 기술 = 19
• 2. 토양 세정 기술 = 20
• 제 3 장 토양 내 중금속 제거 실험 = 21
• 제 1 절 초임계 유체 = 21
• 1. 초임계 유체의 정의 = 21
• 2. 초임계 이산화탄소의 세정 = 22
• 제 2 절 모의시편 = 24
• 1. 중금속의 선정 = 24
• 2. 모의시편 제작 = 27
• 제 3 절 제염실험 = 30
• 1. 실험 장치 = 30
• 2. 실험조건 = 31
• 제 4 절 분석방법 = 42
• 제 4 장 실험결과 및 고찰 = 45
• 제 1 절 실험결과 = 45
• 1. 추출제의 종류에 의한 중금속 추출율 비교 실험 결과 = 45
• 2. 토양의 종류 및 크기에 의한 중금속 추출율 비교 실험 결과 = 48
• 3. 흡착된 Metal-Ions 양에 의한 중금속 추출율 비교 실험 결과 = 54
• 4. 추출제의 양에 의한 중금속 추출율 비교 실험 결과 = 58
• 5. 중금속이 흡착되고 경과된 시간에 의한 중금속 추출율 비교 실험 결과(seasand) = 62
• 6. 중금속이 흡착되고 경과된 시간에 의한 중금속 추출율 비교 실험 결과(일반토양) = 65
• 제 2 절 실험 논의 = 71
• 제 5 장 결론 = 72
• 참고문헌 = 74
• Abstract = 76
• 감사의 글 = 78