변성 블루코크스의 6가 크롬 흡착 성능 연구

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7223(2023) 이 기사 인용

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수역의 6가 크롬(Cr(VI)) 오염 문제를 해결하기 위해 청색 코크스 분말(LC)을 수산화칼륨을 사용하여 화학적으로 변화시켜 개질된 물질(GLC)을 만든 후 Cr(VI)을 처리하는 데 사용했습니다. -폐수 용액을 함유하고 있습니다. 개질된 블루 코크스와 개질되지 않은 블루 코크스의 Cr(VI) 흡착 특성의 차이를 연구하였고, pH, 출발 용액 농도 및 흡착 기간이 GLC의 흡착 성능에 미치는 영향을 조사하였다. GLC의 흡착 거동은 등온 흡착 모델, 동역학 모델, 흡착 열역학적 분석을 사용하여 분석되었습니다. GLC에 의한 Cr(VI) 흡착 메커니즘은 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR), 전계 방출 주사 전자 현미경(FE-SEM), X선 회절(XRD) 및 X선 광전자와 같은 특성화 기술을 사용하여 조사되었습니다. 분광학(XPS). pH = 2에서 제거율의 가장 큰 차이는 LC의 2.42배였으며, 배치 흡착 실험에서는 동일한 흡착 조건에서 GLC가 항상 LC보다 더 나은 성능을 발휘하는 것으로 나타났습니다. GLC는 LC의 3배에 달하는 비표면적과 LC의 0.67배에 달하는 평균 기공 직경을 갖고 있어 LC에 비해 다공성 구조가 더 컸습니다. 이러한 변화는 LC의 구조적 구성을 변경함으로써 GLC 표면의 수산기 수를 크게 증가시켰습니다. Cr(VI) 제거를 위한 이상적인 pH는 2였으며, 이상적인 GLC 흡착제 투입량은 2.0g/L였습니다. 유사 2차 동역학(PSO) 모델과 Redlich-Peterson(RP) 모델은 Cr(VI)에 대한 GLC의 흡착 거동을 효과적으로 설명할 수 있습니다. 물리적, 화학적 흡착은 자발적, 발열 및 엔트로피 증가 과정에서 GLC에 의해 Cr(VI)을 제거하기 위해 함께 작동하며 산화-환원 과정이 핵심 역할을 합니다. GLC는 수용액에서 Cr(VI)을 제거하는 데 사용할 수 있는 강력한 흡착제입니다.

최근 몇 년간 산업, 농업, 도시화의 급속한 발전으로 인해 환경 보호 문제가 대중의 폭넓은 관심을 불러일으켰습니다1. 중요한 산업 재료인 크롬은 제지, 전기도금, 염료 제조, 가죽 태닝, 페인팅 등의 공정에서 널리 사용됩니다2,3. 다량의 크롬 함유 폐기물이 환경으로 배출되면 심각한 환경 오염이 발생할 수 있습니다. 크롬은 주로 Cr(VI) 및 Cr(III)4의 형태로 자연에 존재합니다. Cr2O72− 및 HCr2O7−와 같은 Cr(VI)은 독성이 높고 이동성이 강한 반면, Cr(III)은 물에 대한 용해도가 낮고 흐름 이동성이 낮으며 생물학적 방출이 있습니다5,6. 크롬 오염 관리의 주요 대상은 Cr(VI)으로, 이는 대사 과정에서 인체에 축적되기 쉽고 피부 염증, 폐암 등 일련의 건강 문제를 일으킬 수 있습니다7,8. Cr(VI) 오염으로 인한 문제를 해결하기 위해 연구자들은 화학적 환원, 흡착, 생물학적 정화, 전기응집 등을 포함한 다양한 Cr(VI) 처리 방법을 개발했습니다.9. 그 중에서도 흡착은 경제성, 고효율, 타당성 등의 장점으로 인해 많은 주목을 받고 있다10. 흡착제인 탄소재료는 높은 표면적, 풍부한 작용기, 우수한 화학적 안정성으로 인해 중금속 제거에 널리 사용되어 왔습니다5.

지속 가능성과 보존을 고려하면 접근 가능한 산업 폐기물과 마찬가지로 비용 효율적인 탄소 흡착제는 폐수 처리를 위한 실용적인 선택입니다11. 블루 코크스는 비점결성 또는 약점결성 석탄을 휘발성이 높은 성분과 함께 저온12에서 열분해하여 생산되는 반코크스의 일종으로, 석탄을 청정하게 활용한 산물입니다12. 이는 합금철 및 탄화칼슘 제조용 환원제, 용광로용 제트 공급원료, 산업 및 공공 용도의 청정 연료로 널리 사용되었습니다13. 이는 일반적으로 입자 크기가 6mm12보다 큰 입상 코크스입니다. 세미코크스 분말은 블루코크스 생산 및 가공의 부산물로서 폐기되거나 값싸게 판매된다14. 그러나 가격이 저렴하고 열량이 높으며 코크스로의 연료로 사용되어 에너지를 회수하고 흡수된 저항성 오염물질을 제거할 수 있는 능력으로 인해 최근 인기 있는 흡착제가 되었습니다15. 활성탄(AC)의 생산 비용은 공정에 5% 파우더 블루 코크스를 추가함으로써 약 500 CNY t−1까지 줄일 수 있습니다16. 그럼에도 불구하고, 원료 코크스는 제한된 표면적과 비선택적 흡착제 및 비반응성 화학물질로서의 특성으로 인해 자주 사용되지 않습니다17. 강력한 흡착제이므로 사용하기 전에 변형해야 합니다. 파우더 블루 코크스는 다중 조리개 및 큰 비율의 표면을 사용할 때 우수한 흡착 성능과 하중 기능을 가질 수 있는 것으로 나타났습니다. 그러나 객관적인 흡착질의 특징은 블루 코크스 분말의 변형 방법에 영향을 미칠 수 있습니다. 충분한 관능기와 높은 비표면적을 제공함으로써 Cr(VI)을 폐수에서 제거할 수 있습니다.