호두를 이용한 폐수 속 크롬의 신속한 흡착제거

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 6859(2023) 이 기사 인용

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중금속 이온을 함유한 산업폐수로 인한 수자원 오염과 농업 및 식품 산업에서 발생하는 고형 폐기물 관리는 심각한 문제입니다. 이 연구는 수성 매체에서 Cr(VI)을 격리하기 위한 효과적이고 환경 친화적인 생체흡착제로서 폐호두 껍질의 가치화를 제시합니다. 천연 호두 껍질 분말(NWP)을 알칼리(AWP)와 구연산(CWP)으로 화학적으로 변형하여 BET 분석을 통해 확인된 바와 같이 활성 중심으로 기공을 충분히 이용할 수 있는 변형된 생체 흡착제를 얻었습니다. 배치 흡착 연구 중에 Cr(VI) 흡착에 대한 공정 매개변수는 pH 2.0에서 최적화되었습니다. 다양한 흡착 매개변수를 계산하기 위해 흡착 데이터를 등온선 및 동역학 모델에 적용했습니다. Cr(VI)의 흡착 패턴은 생체흡착제 표면의 흡착단일층 형성을 암시하는 Langmuir 모델에 의해 잘 설명되었습니다. Cr(VI)에 대한 최대 흡착 용량 qm은 CWP(75.26 mg/g)에서 달성되었으며, AWP(69.56 mg/g) 및 NWP(64.82 mg/g)가 그 뒤를 이었습니다. 수산화나트륨과 구연산 처리로 생체흡착제의 흡착 효율이 각각 4.5%, 8.2% 향상되었습니다. 흡열 및 자발적 흡착은 최적화된 공정 매개변수 하에서 유사 2차 동역학을 추적하는 것으로 관찰되었습니다. 따라서, 화학적으로 변형된 호두 껍질 분말은 수용액으로부터 친환경적인 Cr(VI) 흡착재가 될 수 있다.

비분해성 및 잔류성 중금속을 포함하는 다양한 공정 산업에서 발생하는 폐수로 인한 수질 오염은 환경에 심각한 부정적인 영향을 미치기 때문에 전 세계적으로 우려되는 문제입니다1. As, Pb, Cr, Hg 및 Ni와 같은 중금속은 생분해되지 않고 독성이 있으며, 생물 축적 경향으로 인해 환경에 지속되어 먹이 사슬에 유입되면 살아있는 유기체에 심각한 건강 문제를 유발합니다2. Cr(VI)은 주로 광업, 금속 마감, 섬유, 전기 도금 및 가죽 산업에서 생성되는 가장 널리 퍼진 수질 오염 물질 중 하나입니다3,4,5. WHO 규정에 따라 식수 및 산업 폐수에서 안전하고 허용되는 Cr(VI) 농도는 각각 0.05mg/L 및 0.5mg/L입니다5. Cr(VI)은 물에 잘 녹으며 피부 및 구강 노출을 통해 인체에 유입될 수 있습니다. 이는 독성이 매우 강하고 장기간 노출 시 발암성이 있으므로 폐기하기 전에 폐수에서 제거해야 합니다6.

Cr(VI) 격리에 대해 보고된 기존 기술에는 용매 추출7, 여과8, 환원9, 침전10 및 이온 교환11이 포함됩니다. 그럼에도 불구하고 이러한 방법은 에너지 및 비용 집약적인 장비, 위험한 화학 시약의 요구 사항으로 인해 적용 가능성이 제한되어 있으며 경우에 따라 적용으로 인해 2차 오염이 발생합니다12. 생성된 고형물 및 슬러지의 모니터링 및 폐기 요구 사항에는 추가 노동력이 필요하며, 이 과정에서 불완전한 처리로 인해 대량 처리에 대한 적합성이 제한될 수 있습니다12. 생흡착은 생분해성 및 저렴한 재료를 사용하여 간단하고 작동하기 쉽고 비용 효율적이며 환경 친화적인 기술로 간주되었습니다13. 이러한 물질에는 동물 폐기물(폐계란 껍질 및 뼈)14, 미생물 바이오매스(조류 및 박테리아)5 및 농업 폐기물(나무껍질, 나뭇잎, 과일 껍질, 씨앗, 껍질, 조개껍데기, 지푸라기 등)15이 포함됩니다. 생체흡착제의 효율성은 산과 염기를 이용한 화학적 처리를 통해 향상될 수 있으며, 그 결과 생체흡착제 표면에 존재하는 기능이 변형되고 활성 부위가 강화됩니다16.

농업 폐기물은 중금속 이온, 의약품, 염료 및 방향족 화합물과 같은 오염 물질에 대한 상당한 흡착 능력을 갖춘 저비용, 재생 가능, 생분해성 및 친환경 생체 흡착제로 인식되었습니다17. 생물 흡착제로서의 농업 폐기물은 또한 농업 운영, 국내 식품 준비 및 산업 식품 가공으로 인해 생성되는 계속 증가하는 폐기물을 효율적으로 관리하고 활용하기 위한 지속 가능한 솔루션을 제공합니다18. 농업 폐기물은 리그노셀룰로오스 물질의 풍부한 공급원입니다. 리그닌, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 펙틴, 단백질, 플라보노이드, 테르페노이드 및 금속 이온에 대한 친화력이 높은 폴리하이드록시, 카르복시, 아민 및 알데히드 기능을 갖는 기타 2차 대사산물15. 왕겨19, 밀기울20, 야자핵 껍질21, 살구씨16, 땅콩 껍질22, 잎1, 과일 및 채소 껍질23, 야채 폐기물24 및 건조 분말 또는 재 형태의 사탕수수25를 포함한 농업 폐기물은 잔류성 유기 화합물 및 중금속 이온은 더 큰 흡착 효능과 분리 및 재생의 용이성으로 인해 발생합니다26,27.