스팀 활성화 바이오차를 이용한 오염물질 제거

Abstract

본 연구에서는 유기성 폐기물을 열분해를 통해 처리하고 부산물로 생성된 바이오차의 스팀 활성화, 염 처리를 통하여 흡착능력을 향상시키고자 하였다. 유기성 폐기물로 케나프(kenaf), 음식물 폐기물(food-wastes), 축분 폐기물(manure)을 이용하였으며 열분해로 생성된 바이오차, 스팀 활성 바이오차, 염 처리한 스팀 활성 바이오차에 대한 물성이 변화를 고찰하였다. 이를 수 처리 공정에 사용하고자 benzene, trichloroethylene (TCE), phenol, arsenate에 대한 회분식 흡착실험을 실시하였으며, 오염물질 별 흡착 기작을 규명하고 Langmuir 등온 흡착식에 적용하여 흡착평형 후 최대 흡착량을 비교하였다. 열분해 후 바이오차에 대한 비표면적은 바이오매스에 비하여 kenaf는 약 1.4배, food-wastes는 약 15배, manure는 약 3.8배 증가하였다. 성분 중 탄소는 kenaf biochar의 약 60%, food-wastes biochar의 약 38%, manure biochar의 약 25%로 바이오매스에 비해 증가하였으며 산소, 수소와 무기물의 함량은 낮아졌다. 활성 바이오차에 대한 비표면적은 스팀 활성화 후 kenaf biochar는 약 60배, food-wastes biochar는 약 7배, manure biochar는 약 10배 증가하였다. 바이오차에 비해 성분 중 탄소 함량은 큰 변화가 없으며 수소와 산소의 함량은 낮아졌다. 염 처리한 스팀 활성 바이오차에 대한 비표면적은 activated manure biochar에 비하여 약 1.8배 증가하였다. 또한 스팀 활성 바이오차에 비해 탄소, 산소, 수소 함량이 증가하였다. 흡착실험 결과 스팀 활성화, 염 처리 후 바이오차의 비표면적은 증가하여 최대 흡착량이 증가하였다. 벤젠의 경우, 소수성 흡착 메커니즘, TCE의 경우, 소수성 흡착 메커니즘과 electron donor-acceptor interaction, 페놀의 경우, 소수성 흡착 메커니즘과 바이오차 작용기와의 surface complexation에 의하여, Arsenate의 경우, ligand exchange에 의해 흡착이 진행되는 것으로 보인다. 바이오차의 스팀 활성화는 비표면적을 증가시키고 산소와 수소 함량을 감소시켜 표면작용기를 줄이며 graphitic structure를 형성한다. 염 처리는 functional groups의 surface complexation, 음이온 교환을 가능하게 하여 흡착량을 높였다. 바이오차는 스팀 활성화와 염처리를 통하여 오염물질의 종류에 따라 흡착능력을 향상 시켜 맞춤형 흡착제로 사용할 수 있을 것이다.