산화 및 알칼리 후처리의 땅콩 껍질 바이오차를 이용한 철과 크롬 제거에 미치는 영향

목적:본 연구의 주요 목적은 단순 열분해를 통해 생산된 땅콩 껍질 바이오차(PB), KMnO4 후처리를 한 바이오차(PB-Ox), KMnO4와 KOH 후처리를 한 바이오차(PB-Ox-A)에 의한 3가 철과 6가 크롬의 제거효율을 비교하는 것이다. 방법:PB, PB-Ox, PB-Ox-A에 의한 3가 철과 6가 크롬의 제거기작을 알아보기 위하여 반응 동역학 모델과 흡착등온식 모델을 적용하였다. 또한, 다양한 변수들이 3가 철과 6가 크롬 흡착에 미치는 영향을 알아보기 위하여 투입량(0.8 - 2.4 g/L), 온도(15 - 35℃) 및 이온강도(0.05 - 0.2 M NaNO3) 조건을 변화시키면서 흡착실험을 수행하였다. 결과 및 토의: PB-Ox-A는 PB와 PB-Ox보다 중금속 흡착에 연관된 표면 작용기(O/C of PB = 0.064; O/C of PB-Ox = 0.058; O/C of PB-Ox-A = 0.188)가 잘 발달되었고, 더 넓은 표면적(PB = 351.5 m2/g; PB-Ox = 344.0 m2/g; PB-Ox-A = 2121.5 m2/g)과 공극(PB = 0.15 cm3/g; PB-Ox = 0.15 cm3/g; PB-Ox-A = 0.96 cm3/g)으로 인해 3가 철과 6가 크롬의 제거율이 높았다. PB, PB-Ox, PB-Ox-A의 투입량이 증가할수록 대상 중금속들에 대한 높은 제거율을 나타냈고, PB-Ox-A가 PB와 PB-Ox보다 높은 제거율을 나타내었다. PB, PB-Ox, PB-Ox-A에 의한 3가 철과 6가 크롬 제거는 유사 1차 속도모델보다 유사 2차 속도모델에 적합한 것으로 보아 화학적 흡착에 대한 특성을 따르는 것으로 나타났으며, PB, PB-Ox, PB-Ox-A를 이용한 3가 철과 6가 크롬의 제거는 모두 Freundlich 등온흡착모델에 적합한 것으로 보아 다층 흡착을 따르는 것으로 판단된다. 온도변화에 따른 PB, PB-Ox, PB-Ox-A에 의한 3가 철과 6가 크롬의 제거율의 변화는 크지 않는 것으로 나타났다. 바이오차에 의한 3가 철의 제거는 이온강도 변화에 크게 영향을 받지 않았지만, 6가 크롬의 경우 이온강도가 증가할수록 제거율이 감소하였다. PB, PB-Ox, PB-Ox-A를 비교하였을 때 3과 철과 6가 크롬의 제거에 대해 PB-Ox-A가 가장 좋은 흡착제라는 것을 확인할 수 있었다. 결론:본 연구는 KMnO4(산화)및 KOH(알칼리) 후처리가 표면특성 개선을 통하여 땅콩 껍질 바이오차의 중금속 흡착효율을 향상시킬 수 있다는 것을 입증하였다. 또한, 다양한 조건에서 PB, PB-Ox, PB-Ox-A에 의한 중금속 흡착 메커니즘을 조사한 결과 중금속의 물리화학적 특성과 흡착제의 표면 특징들이 PB, PB-Ox, PB-Ox-A의한 3가 철과 6가 크롬의 흡착에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. Objectives:The main goal of this study was to compare the removal efficiency of trivalent iron and hexavalent chromium by peanut shell biochars (i.e., PB), post-treated peanut shell biochars using KMnO4 (i.e., PB-Ox), and secondary post-treated peanut shell biochars using KOH (i.e., PB-Ox-A). Methods:The adsorption mechanisms of trivalent iron and hexavalent chromium by PB, PB-Ox, and PB-Ox-A were investigated using two types of adsorption kinetic and isotherm models. Furthermore, the adsorption experiments were performed under different adsorbent dosages (0.8 - 2.4 g/L), temperatures (15 - 35℃) and ion strengths (0.05 - 0.2 M NaNO3) to identify their effects on the adsorption of trivalent iron and hexavalent chromium by PB, PB-Ox, and PB-Ox-A. Results and Discussion:Trivalent iron and hexavalent chromium could be more effectively removed by PB-Ox-A than PB and PB-Ox because of its higher contents of oxygen containing functional groups (O/C of PB = 0.064; O/C of PB-Ox = 0.058; O/C of PB-Ox-A = 0.188), higher surface area (PB = 351.5 m2/g; PB-Ox = 344.0 m2/g; PB-Ox-A = 2121.5 m2/g), and greate