칼슘담지 활성알루미나에 의한 인삼염의 흡착제거 = Removal of phosphate by adsorption using Ca-impregnated activated alumina

국문 초록 (Abstract)

급속한 산업의 발달과 도시화에 따른 인구 집중 현상으로 인해 발생되는 많은 오염 물질들 가운데 하천이나 호수에 유입되어 부영양화의 주 오염물질인 인(P)의 제거 에 대한 관심과 규제의 강도가 증가하고 있다.
수중에 존재하는 인은 대부분 인산염의 형태로 존재하며, 이를 제거하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.
본 연구에서는 인산염과 친화력이 큰 금속을 기계적 강도와 화학적 안정성이 우수하고 높은 비표면적을 가지고 있는 활성알루미나에 담지하여 흡착에 의한 인산염의 제거 효과를 확인하고자 하였다.
본 실험에 앞선 예비 실험으로 인산염과 친화력이 큰 금속을 선정하기 위하여 Al, Zn, Ca, Fe, Mg을 각각 1 wt.%를 활성알루미나에 담지하고 칼럼 실험을 실시한 결과 Ca이 가장 우수한 흡착 능력을 가지는 것으로 확인되었다.
칼슘 담지 활성알루미나를 이용한 5㎎/ℓ 농도의 인산염 용액의 흡착 평형 실험에서 2시간 경과 후 94.3%의 인산염 제거율을 나타냈다. 비교실험을 위하여 칼슘을 담지한 황토 및 칼슘을 담지하지 않은 활성알루미나의 경우 2시간 경과 후 인산염 제거율은 각각 40.7% 와 79.2%를 보여 칼슘 담지 활성알루미나와 큰 차이를 보였다.
100㎎/ℓ 농도의 인산염 용액에 대한 Ca담지 활성알루미나의 등온 흡착 실험 결과 Langmuir 등온식과 Freundlich 등온식에 대한 상관계수(R2)는 각각 0.983 및0.986로 높은 상관 관계를 나타내고 있으며, Langmuir 등온식에서 구한 최대흡착량은 2.747㎎/g으로 나타났다.
칼슘 담지 활성알루미나를 이용한 흡착 속도 실험에서는 Lagergen의 Pseudo first order rate model과 Pseudo second order rate model을 적용한 결과 각각의 상관계수는 0.867 및 0.999로 Pseudo second order rate model을 잘 만족하였다.
Pseudo second order rate model을 이용하여 계산된 이론흡착량과 실제 실험에서 구한 실제흡착량과의 오차는 1.2%로 거의 유사한 결과를 얻었으며, 흡착 속도 실험을 통해 얻은 결과로 등온 흡착 실험의 정확한 예측 가능성을 확인하였다.
칼슘 담지 활성알루미나를 이용한 칼럼 흡착 실험에서 4,000 Bed volume까지 인산염의 흡착이 계속되는 것으로 나타났으며, 이온성 인산염만 흡착되는 것으로 판단된다.
본 연구에서 사용된 칼슘 담지 활성알루미나는 수중의 인산염 제거효율이 뛰어난 것으로 확인되었다.