천연재료를 이용한 산업전해폐수 중 중금속 이온 제거 효율

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 17766(2022) 이 기사 인용

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중금속은 산업 부문에서 생성되는 폐수에 존재하며 지표수 및 지하수 자원을 포함한 환경에 위협을 가합니다. 이를 염두에 두고 산업 폐수에서 중금속 이온을 제거하는 대안적이고 효과적인 방법을 찾는 데 대한 관심이 높아지고 있습니다. 수착은 단순성, 고효율, 소량의 슬러지 생성, 낮은 투자, 광범위한 pH 및 온도에 대한 공정의 타당성으로 인해 쉽게 적용되는 기술 중 하나입니다. 본 논문은 고농도의 금속 이온 Fe(III), Cr(III), Ni(II) 및 Cu(II)를 포함하는 스테인레스 강의 전해연마로 인한 산업 폐수 처리에 대해 다루고 있습니다. 산성 폐수에 대한 생체 흡착제의 효과, 가용성 및 적용 가능성을 고려하여 오렌지 껍질, 조류, Eclipta alba 및 달걀 껍질이 연구 대상으로 선택되었습니다. Eclipta alba에 대해 수착 테스트를 수행했으며 얻은 결과는 2차 운동 모델(R2 > 0.99) 및 Langmuir 등온선 모델(R2 > 0.99)에 가장 적합한 것으로 나타났습니다. 금속 이온 혼합물의 최대 흡착 용량은 17.92 mg/g이었습니다. 건조되고 하소된 달걀 껍질의 잠재적인 용도가 확립되었습니다. 두 재료 모두 95% 이상의 높은 제거율을 달성했습니다. 철과 크롬이 먼저 용액에서 제거되고(각각 약 100%와 90%) 니켈과 구리 이온이 그 뒤를 따릅니다. 물질을 특성화하는 데 사용되는 EDS 측정을 사용한 FT-IR 및 SEM과 실제 산업 폐수를 사용한 실험실 테스트를 통해 이들의 작용 메커니즘을 확인할 수 있었습니다. 테스트된 모든 재료에 대해 비표면적을 측정했으며 그 값은 Eclipta alba, 건조 달걀 껍질 및 소성 달걀 껍질에 대해 각각 1.63, 0.15 및 5.15m2/g이었습니다. 결과는 산업 폐수 처리를 위해 선택된 재료의 적용에 대한 낙관적인 근거를 제공합니다.

중금속 오염은 최근 몇 년 동안 점점 더 주목을 받고 있는 심각한 환경 문제가 되었습니다. 중금속 이온은 가장 바람직하지 않은 오염물질 중 하나입니다1,2. 많은 산업 부문에서는 금속 이온3,4,5,6,7,8,9으로 오염된 폐수를 생성하며, 이는 과도한 양으로 인해 환경에 심각한 피해를 줄 수 있습니다. 한 가지 예는 주로 금속 제품의 생산 및 가공에서 폐수를 배출하는 전기 도금 산업입니다. 스테인리스강을 처리하는 데 사용되는 기술 중 하나는 전해연마입니다10,11,12,13,14. 이 공정은 표면을 매끄럽게 하고 광택을 내는 동시에 내식성을 높여 미적 가치를 향상시키기 위해 물체의 표면 특성을 변경하도록 설계되었습니다12,15,16,17,18,19. 이 방법은 식품, 자동차 및 의료 산업을 포함한 많은 응용 분야에 적용됩니다. 일반적인 전기도금 공장에서는 공작물을 헹구는 동안 대량의 폐수가 생성됩니다. 이러한 폐수에는 산업 폐수 배출에 대한 수질 한계를 훨씬 초과하는 다량의 금속 이온이 포함되어 있으므로 독성이 높기 때문에 하수 시스템으로 배출하기 전에 현장 폐수 처리장에서 처리해야 합니다23.

오염된 물과 폐수에서 독성 금속 이온을 제거하기 위해 가장 일반적으로 사용되는 기술에는 화학적 침전, 막 여과, 전기 응고, 흡착, 이온 교환 등이 포함됩니다.24,25,26. 화학적 침전은 침전제(종종 수산화물)를 용해된 금속 이온과 반응시켜 불용성 금속 침전물을 형성하는 과정입니다. 이 기술은 현재 전기도금 산업에서 가장 널리 사용되는 처리 방법으로, 알칼리 반응에 대한 pH 조정을 사용하여 폐수에서 수산화물 형태의 금속 침전을 최대화합니다. 대부분의 국가에서 침전제의 가용성과 저렴한 비용으로 인해 침전 과정에서 수산화물을 사용하는 것이 선호됩니다. 생성된 금속 침전물은 응고, 침전, 여과 등의 고체 분리 공정을 통해 회수되며 금속을 추출할 수 있습니다28,29,30,31. 이 방법의 장점은 주로 단순성과 저렴한 비용이지만, 단점으로는 금속의 느린 침전, 추가 처리가 필요한 과도한 슬러지 생성, 슬러지 처리와 관련된 장기적인 환경 영향 등이 있습니다32.