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ISSN : 2093-2332(Print)
ISSN : 2287-5638(Online)
Journal of Korea Society of Waste Management Vol.29 No.2 pp.180-188
DOI :

흡착제로의 낙엽 재활용 방안 연구

위 환,정숙경,송형명,윤상훈,강영주,김은선,정경훈*†
광주광역시보건환경연구원,*조선대학교 환경공학과

A Study on Recycling of Fallen Leaves as an Adsorption Parameter

Kyeonghoon Jung*†, Whan Wi ,Sukkyeong Jung , Hyungmyung Song , Sanghoon Yoon ,Yeongju Kang, Eunsun Kim
*Department of Environmental Engineering, Chosun University
Gwangju Metropolitan Health & Environment Research Institute
(Received 1 February 2012 : Accepted 22 March 2012)

Abstract

In this paper, the adsorption behavior of heavy metals such as Cd and Pb, and mechanism in aqueous solution wasinvestigated using various leaves. Daimyo oak, ginkgo, platanus, ficus carica and persimmon leaves are used for metalremoval in this study. The influence of various parameters such as leaves dosage, initial concentration of heavy metalsand temperature on the adsorption of heavy metals on leaves has been studied. With 4 hour-time period from the initialreaction, the optimum removal efficiencies of the residual of Cd and Pb by persimmon leaves were highest as 94.0%and 97.8% respectively in comparation with other leaves. The amounts of Cd and Pb were 8.74-1.18mg and 8.54-1.10mgfor 1g of persimmon leaves. The adsorption energy of Cd and Pb obtained from the D-R model was ranged from 4.72kJ/mol to 5.56 kJ/mol and physical adsorption processes as primary adsorption mechanism. Total tannin disappeared atthe same incubation period. This suggests that heavy metals in the mixture are reduced with concomitant oxidation ofthe tannin. The major fractions of Cd forms in persimmon leaves were organically bound (32.8%), exchangable fraction(22.1%), and those of Pb forms were organically bound (30.7%) and exchangable fraction (25.5%).

29-2(08).pdf687.7KB

I. 서 론

 공장 폐수 및 하수처리장에서 발생하는 유기물 등은 응집 및 분해를 통하여 제거하는 방법들이 발달되어 왔으나, 이와 같은 처리는 처리 후 배출수 중 중금속과 같은 수용성 이온들의 완전 분리가 어려워 2, 3차 처리를 통하여 방류가 가능하다고 볼 수 있는데, 중금속 성분은 안정된 화합물 또는 킬레이트 물질을 형성하여 먹이 사슬을 통해 생체 내에 축적되는 경향이 있으므로 생체 내에 들어가면 잘 배출되지 않아 인간과 같은 high-level 소비자에게는 급성이나 만성중독을 일으키게 되고 결과적으로 인체에 치명적인 피해를 입힌다는 것은 잘 알려진 사실이다.

이와 같이 유해한 중금속제거에 사용되고 있는 처리공정들에는 활성탄 흡착법, 중화 침전법, Ferrite, 이온 교환법, 전기 화학법, 막 분리 기술, 역 삼투압법 등이 있다. 이 들 방법 중 경제적 기술적인 면을 고려하여 가장 보편적으로 사용되는 방법은 폐수의 pH를 조절하여 이들을 hydroxide precipitation로 중금속의 용해도가 최소화 되도록 한 후 침전 분리하는 방법으로 운영이 비교적 간단하다1). 그러나 대부분의 공정들은 complexing agents 등의 물질을 수반하고 있기 때문에 이로 인한 침강공정의 효율은 감소하게 된다.

식물체 잎에는 chelation에 의해 금속이온과 결합하는 특성을 가지고 있는 polyphenol계 화합물질인 tannin 성분이 들어 있어 중금속이온을 제거하는 능력이 있다고 알려져 있으며2), 이 물질은 식물체 내에서 식물의 조직을 보호하는 중요한 방어 작용을 가지기도 하면서3), 중금속이나 알칼로이드 등 독성물질과의 결합에 의한 해독 작용이 있어 유해성 금속이온들을 제거시키는데 효과를 기대할 수 있다는 연구가 보고되고 있다.

이러한 이론에 따라 본 연구에서는 자연에 산재되어 있는 생물질 재료 중 우리 주변에서 쉽게 구할 수 있는 감나무 등 6가지 낙엽을 재활용하기 위하여 Pb Cd이온을 흡착 제거하는 실험을 실행하여 중금속 용액의 농도, 반응시간 등의 여러 가지 조건의 변화를 통해 가장 효율적인 중금속의 제거조건을 밝혀내고 흡착등온식에 적용시켜 중금속 이온과의 흡착관계를 설명하고자 한다. 또한 낙엽에 의한 흡착제거 효율과 tannin 성분과의 관계를 확인, 중금속이온 흡착 시 tannin의 역할과 흡착 후 낙엽에서의 중금속 존재형태를 조사하고 열역학적 특성을 알아보았다.

II. 실험방법 및 재료

1. 시약 및 재료

 본 실험에 사용한 중금속 용액을 제조하기 위하여 필요한 시약으로는 Junsei Chemical CO의 특급시약을 사용하였으며, Pb(NO3)2, Cd(NO3)2를 이용하여 각각 1000 mg/L을 만든 후 실험 시 10, 25, 50, 100 mg/L 용액으로 희석하여 사용하였다.

흡착제로 떡갈나무, 무화과나무, 감나무, 은행나무, 플라타너스, 참나무의 잎을 사용하였으며, 불순물을 제거한 다음 증류수로 수 회 세척하고 건조시켜 입경범위를 45 ~ 150 mm으로 분쇄하여 보관하여 사용하였다.

2. 실험방법

2.1. 낙엽별 중금속이온 농도에 따른 제거능

 흡착제 종류에 따른 흡착효과를 알아보기 위하여 감나무 낙엽 등 6가지 낙엽과 활성탄을 사용하여 Pb, Cd의 중금속이온과 반응시켰다.

초기 중금속 이온의 농도는 50 mg/L이고, 100 ml 300 ml 삼각플라스크에 각각의 낙엽 2 g를 넣은 후 20oC 120 rpm으로 4시간 동안 진탕기에서 진탕하였다

2.2. 낙엽의 중금속 흡착용량

4가지 나뭇잎의 최적 흡착량을 알아 보기 위하여 0.5 g, 1.0 g, 2.0 g, 4.0 g의 양을 변화시켜 중금속 이온(Pb, Cd)의 농도는 50 mg/L으로 100 ml 300 ml 삼각플라스크에 넣은 후 20oC 120 rpm으로 4시간 동안 진탕기에서 진탕하였다. 

2.3. 온도에 따른 중금속 이온 제거

 감나무 낙엽을 10oC, 20oC, 30oC, 50oC에서 10, 25, 50, 100 mg/L의 농도 변화로 0.5, 1, 2, 4시간의 동안 반응시켜 온도의 변화에 따른 제거효율을 알아보았다.

임 등4)은 커피 찌꺼기를 이용한 폐수중의 중금속 제거에 관한 연구에서 Pb Cd pH 3 ~ 5 사이에서 흡착율이 증가하였으며, Cr 역시 pH가 낮을수록 높은 흡착율을 나타낸 바 있다.

본 연구에서 사용한 중금속 함유 용액의 pH 2.9 ~ 5.1로 임 등4) pH 영역에 들어 있기 때문에 조절을 하지 않고 그대로 사용하였다.

2.4. Tannin 함량

시료 0.2 g 80oC 열수 70 ml mess flask에 넣고 80oC 항온수조에서 30분간 가온하여 추출한다. 방냉 후 100 ml로 하여 여과한다. 이때 최초 20 ml를 버리고 20 ml 이후의 여과액을 측정용 시료 용액으로 사용한다.

이렇게 조제된 여과액 5 ml와 주석산철시약(FeSO4 7H2O + Rochelle salt 500 mg / 100 ml H2O) 5 ml 25 ml volumetric flask에 넣고 pH 7.5로 조절된 완충액(0.066m Na2HPO4 2H2O + 0.066M KH2PO4/1L)으로 정용하여 발색 시킨 후 Spectro - photometer(Jasco V-530) 540 nm에서 흡광도를 측정하였다. 

2.5. 중금속 이온의 존재형태

낙엽중의 중금속의 존재형태는 Stover 5)의 추출방법에 따라 건조한 시료 0.5 g을 비이커에 넣어 추출제를 가하여 연속 추출하였다.

먼저 H2O 25 ml 2시간 추출하였으며, KNO3로 추출한 잔사는 다음의 추출제 0.5M KF 140 ml 16시간 추출하였으며, KF로 추출한 잔사는 0.1M PYR (pyrophosphate) 40 ml 16시간 추출하였고, PYR로 추출한 잔사는 0.1M EDTA (ethylene diamine tetra acetic acid) 40 ml 8시간 2회 추출하였으며, EDTA로 추출한 잔사는 마지막 추출제 0.1M HNO3 25 ml 16시간 추출하여 같은 방법으로 조작하였다. 

3. 분석기기

중금속 함량은 플라즈마 원자 방출 분광분석기(Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry : ICP-AES(Agilent 7500a) tannin Spectrophotometer(Jasco V-530)를 사용하였다. 

Fig. 1. Comparison of removal efficiency of Cd for various leaves with activated carbon (A : Daimyo Oak, B: Ginkgo, C : Ficus carica, D : Platanus, E : Oak , F :Persimmon, G : Active carbon).

Fig. 2. Comparison of removal efficiency of Pb for various leaves with activated carbon (A : Daimyo Oak, B :Ginkgo, C : Ficus carica, D : Platanus, E : Oak , F :Persimmon, G : Active carbon).

III. 결과 및 고찰

1. 낙엽별 중금속 이온 제거

Fig. 1 6가지 낙엽과 활성탄을 사용하였을 때 Cd의 제거효율을 나타냈고, 초기 Cd의 농도는 50.4 mg/L 이다.

떡갈나무, 은행나무, 무화과나무, 플라타너스나무, 참나무, 감나무의 낙엽 및 활성탄을 사용하였을 때 4시간 반응후의 제거효율은 Fig. 1과 같이 각각 73.7%, 59.9%, 77.3%, 55.3%, 77.8%, 94.0% 51.6%로 나타나 감나무낙엽을 사용하였을 경우 가장 높은 제거효율을 나타냈고, 참나무, 떡갈나무, 무화과나무 낙엽을 사용한 경우에도 77% 이상의 제거효율로 활성탄을 사용하였을 때의 제거효율 51.6%보다 Cd 제거효율이 높게 나타났다.

Fig. 2에는 6가지 낙엽과 활성탄을 사용하였을 때 Pb의 제거효율을 나타냈고, 초기 Pb의 농도는 52.7 mg/L이다.

떡갈나무, 은행나무, 무화과나무, 플라타너스, 참나무, 감나무의 낙엽 및 활성탄을 사용하였을 때 4시간 반응후의 제거효율은 Fig. 2과 같이 각각 93.4%, 88.2%, 77.3%, 96.7%, 94.3%, 97.8% 92.2%로 감나무 낙엽을 사용하였을 경우 가장 높은 제거효율을 나타냈다.

떡갈나무, 플라타너스, 참나무, 낙엽을 사용한 경우에도 93% 이상의 제거효율로 활성탄을 사용하였을 때의 제거효율 92.2%보다 Pb 제거효율이 높았다.

6)도 낙엽에 의한 크롬 광재 중의 6가 크롬 제거와 떡갈나무, 은행나무, 플라타너스 낙엽을 사용하였을 때와 저농도(10-3 M Cd(NO3)2)영역에서는 활성탄에 의한 Cd 제거효율이 높았으나 고농도(10-2 M Cd (NO3)2) 영역에서는 낙엽이 활성탄을 사용하였을 때 보다 제거효율이 높음을 보고한 바 있고, 더욱이 이들 낙엽이 Cu, Zn, Pb, Hg, Fe, Cr3+, Cr6+을 제거 할 수 있음을 나타내었다. 

Fig. 3. Effect of amount of persimmon and oak leaves on the adsorption of Cd.

2. 낙엽별 중금속 흡착용량

Fig. 3에는 Fig. 1에서 Cd 제거효율이 높았던 감나무와 참나무의 낙엽을 사용하여 각 낙엽의 첨가량에 따른 Cd 제거효율을 나타내었으며, 낙엽의 첨가량은 0.5 ~ 4.0 g이다.

감나무 낙엽 0.5, 1.0, 2.0, 4.0 g를 첨가하였을 때 Cd 제거효율은 88.7%, 92.6%, 94.0%, 96.1%로써 낙엽의 첨가량을 늘리면 제거효율은 증가하는 경향을 나타내었다. 감나무 낙엽 1 g Cd의 제거량을 보면 8.74 ~ 1.18 mg으로써 첨가량이 늘면 낙엽 1 g당 제거량은 적어지는 경향을 나타났다.

참나무낙엽의 Cd 제거효율은 61.9 ~ 79.4%로 낙엽의 첨가량에 따라 제거효율이 증가하였고, 이후의 Cd의 제거실험에서는 제거효율이 좋은 감나무 낙엽을 사용하였다.

 Fig. 4에는 Fig. 2에서 Pb 제거효율이 높았던 감나무와 플라타너스의 낙엽을 사용하여 각 낙엽의 첨가량에 따른 Pb 이온 제거효율을 나타내었고, 낙엽의 첨가량은 0.5 ~ 4.0 g이다. 플라타너스 낙엽의 제거효율은 94.3%, 96.1%, 96.37%, 97.4%로 나타났고, 1 g Pb의 제거량을 보면 8.54 ~ 1.10 mg으로써 첨가량이 늘면 낙엽 1 g당 제거량은 적어지는 경향을 나타났다.

한편 감나무의 경우를 보면 96.6%, 98.1%, 89.9%, 99.2%로 플라타너스의 제거효율보다 높아 이후의 Pb의 제거실험에서는 감나무 낙엽을 사용하였다.

Fig. 4. Effect of amount of platanus and persimmon leaves on the adsorption of Pb.

Fig. 5. Effect of Cd concentration on the adsorption of Cd by persimmon leaves at 50 mg/L.

3. 온도와 중금속이온 농도에 따른 제거

3.1. Cd 제거

Fig. 5에서 각각의 온도에서 Cd 농도 50 mg/L|g/를 기준으로 제거효율을 검토한 결과 제거효율은 93.3 ~ 95.4%로써 감나무 낙엽을 사용하여 Cd 을 제거할 g/L 온도에 따른 제거효율 변화는 거의 없으며, 30분 후 제거효율은 94.0 ~ 95.0%로 흡착반응은 거의 종결되었다. 

3.2. Pb 제거

Fig. 6에서 각각의 온도에서 Pb 농도 50 mg/L일 때를 기준으로 제거효율을 검토한 결과 제거효율은 95.7 ~ 96.5%로써 감나무 낙엽을 사용하여 Pb을 제거할 때 온도에 따른 제거 변화는 거의 없었으며, 1시간 경과한 후 제거효율은 91.0 ~ 91.8%로 흡착반응이 종결되었다.

Fig. 6. Effect of Pb concentration on the adsorption of Pb by persimmon leaves at 50 mg/L.

 

4. 등온 흡착식

액체-고체상 사이의 분리된 용질에 대해서 평형은 Langmuir model6) Freundlich model7) 같은 여러 흡착등온 모델이 제안되었다. Langmuir식은 균일 표면인 흡착제에 흡착질이 단분자층 흡착을 하는 이론식이다. 그러나 Langmuir의 흡착이론에 엄밀히 따르는 흡착제는 적으며, 또한 명확한 흡착 사이트가 존재하지 않을 뿐만 아니라, 각각의 흡착 사이트가 같은 흡착에너지를 갖지 않은 불균일 표면인 경우에는 주의가 필요하다.

Langmuir equation은 다음과 같이 표현할 수 있다. 

여기에서 Ce는 평형상태에서의 농도(mg/L)이며, 상수 a는 이론적인 단분자층 흡착 용량(mg/g), b는 흡착에너지(또는 평형정수)와 관계되는 정수(L/mg)로서 각각 Ce / qe vs Ce plots의 절편과 기울기로부터 구할 수 있다.

한편, Freundlich식은 다음과 같다. 

여기에서 k 1/n Freundlich isotherm 상수이다. 1/nk 값은 log qe vs log C의 기울기와 절편이다.

Fig. 7에는 Freundlich 흡착등온선을, Table 1에서는 Langmuir Freundlich 모델에서 있어서의 흡착평형정수를 나타내었으며, Table 1에서 나타낸 바와 같이 Langmuir Freundlich 두 모델을 적용하였을 때의 상관관계는 Langmuir 모델의 경우가 0 ~ 0.3017이고 Freundlich 모델의 경우에는 0.9827 ~ 0.9954로써 Freundlich 모델을 적용시켰을 때만 좋은 직선관계를 얻은 수 있었다. 이와 같이 감나무 낙엽에 Cd 흡착이 Freundlich 모델에 잘 따르는 것으로 나타났다.

한편 감나무 낙엽의 Cd 제거 특성을 알아보기 위하여 흡착평형 실험 결과를 Dubinin-Radushkevich(D-R) 흡착 등온식9)에 적용시켜 보았다. D-R 모델의 직선식은 (3)과 같이 표현된다. 

Table 1. Langmuir and Freundlich constant and thermodynamic parameters for the adsorption of Cd onto persimmon leaves

Fig. 7. Freundlich isotherm plots for the adsorption of Cd onto persimmon leaves.

Fig. 8. Adsorption energy for the adsorption of Cd onto persimmon leaves.

Fig. 9. Freundlich isotherm plots for the adsorption of Pb onto persimmon leaves.

Table 2. Langmuir and Freundlich constant and thermodynamic parameters for the adsorption of Pb onto persimmon leaves

Fig. 10. Adsorption energy for the adsorption of Pb onto persimmon leaves.

Fig. 11. Plot of ln C versus I/T for the adsorption of Cd onto persimmon leaves at different surface loading.

5. 흡착 열역학 특성

 Fig. 11에는 감나무 낙엽을 사용하여 Cd를 흡착할 때 여러 surface loading에서 온도에 따른 평형농도의 변화를 나타내었다. 일정한 흡착질 양에서 흡착의 엔탈피는 흡착의 isosteric 엔탈피로 알려져 있으며, Clausius-Clapeyron식을 이용하여 계산할 수 있다. Clausius-Clapeyron 식은 다음과 같이 쓸 수 있다.

Fig. 11에서 보면 여러 surface loading에서 ln C 

의 그림은 직선적으로 나타났으며 이 직선의 기울기와 절편으로부터 식 (3)을 사용하면 DHx를 구할 수 있다. 계산된 -DHx 1.25 ~ 6.58 (kJ/mol)이다 

일반적으로 물리 흡착의 -DHo 값은 20 kJ/mol 이하이고, 화학 흡착은 40 kJ/mol 이상으로 알려져 있다12).

또한 Ohe 13)은 화학 흡착에 기인하는 엔탈피 변화 값은 40 kJ/mol 이상이며 물리 흡착인 경우에는 40 kJ/mol 이하로 보고하고 있다14).

본 실험에서 엔탈피 변화 값은 40 kJ/mol 이하로 물리 흡착일 가능성이 높을 것으로 사료된다.

Fig. 12에는 감나무 낙엽을 사용하여 Pb를 흡착할 때 여러 surface loading에서 온도에 따른 평형농도의 변화를 나타내었다. , 일정한 흡착질 양에서 흡착의 엔탈피는 흡착의 isosteric 엔탈피로 알려져 있으며 이것은 Clausius - Clapeyron식을 이용하여 계산할 수 있다.

Fig. 12에서 보면 여러 surface loading에서 ln C

의 그림은 직선적으로 나타났으며 이 직선의 기울기와 절편으로부터 식 (3)을 사용하면 DHx를 구할 수 있다. 계산된 -DHx 3.98 ~ 4.08 (kJ/mol)이다. Pb의 엔탈피 변화 값은 40 kJ/mol 이하로 물리적 흡착일 가능성이 높은 것으로 사료된다. 

Fig. 12. Plot of ln C versus I/T for the adsorption of Pb onto persimmon leaves at different surface loading.

6. Tannin의 중금속 흡착

플라타너스, 감나무, 은행나무의 낙엽의 Caffeine, Catechin, Theanine, Sulfur, Tannin의 성분을 Table 3에 나타내었다. 그 중에서 중금속 흡착에 관여하는 tannin 성분은 감나무가 6.65%로 많았고, 은행나무 낙엽이 2.02%로 함량이 적게 나타났다.

Table 4에서는 낙엽을 사용하여 중금속 이온(Cd, Pb)을 제거하기 전후의 낙엽에 존재하는 tannin함량을 나타내었다. Tannin charge는 대부분이(-)를 갖는 것으로 알려졌으며 이는 금속이온과의 결합이 잘 이루어질 수 있는 조건이 되고 또한 tannin의 구조상 이온교환을 통해 중금속이온과 결합을 잘 할 수 있는 것으로 알려져 있다. 감나무, 은행나무, 플라타너스의 낙엽에 함유되어 있는 tannin 함량은 각각 6.65%, 2.02%, 5.12%이었으나, 중금속 이온과 반응후의 tannin함량은 각각 2.73%, 0.69%, 2.11%로 낮아졌다.

감나무 낙엽에 Cd, Pb 20oC에서 4시간 반응 시 Cd 8.9 mg/L에서 0.82 mg/L, Pb 10.43 mg/L에서 0.65 mg/L로 각각의 제거율이 90.8%, 93.8%로 나타나 tannin과의 반응으로 중금속 이온들이 흡착 제거되는 것으로 사료된다.

낙엽의 종류에 따라 중금속 이온의 제거능이 다르거나 또는 중금속 종류에 따라 제거능이 다른 것은 낙엽에 존재하는 tannin의 선택성에 따라 결합이 잘 되는 중금속이 존재하기 때문일 것으로 사료된다.

Tannin을 함유하는 물질이 금속 이온을 흡착하는 기작은 tannin 화합물에 함유된 phenolic group 중의 수산기가 2개의 H+를 배출하고 2가 금속 양이온과 결합하여 ring을 만드는 것15) phenolic monomer catechol ring 에 금속 이온이 chelate 되는 것16)으로 알려져 있다. Tannin의 흡착 과정은 물리적 결합이 아닌 화학적 이온 교환에 의한 결합으로써17) 그 결합 강도가 매우 강하지만 수용성이라는 tannin의 성질에 의해 수 중 용출됨에 따라 그 제거능이 낮아지는 현상 또한 예측되어지고 있다. 

7. 낙엽 중의 중금속 존재형태

Table 5에 나타낸 바와 같이 감나무 낙엽의 Cd의 흡착형태는 유기결합형태(32.8%), 교환 가능한 형태(22.1%), 탄산염형태(14.9%), 흡착형태(5.7%), 황화물형태(3.9%) 및 수용성형태(0.8%)의 순으로 존재하며, 참나무 낙엽을 사용한 경우에는 교환 가능한 형태(45.5%)와 유기결합 형태(21.7%)의 비율로 높게 나타났다.

이와 같이 감나무 낙엽을 이용하여 Cd을 제거하는 경우 Cd은 약간의 차이는 있지만 주로 유기결합 형태와 교환 가능한 형태로 제거되었다. 또한 감나무 이용하여 Pb을 제거하는 경우에서도 유기결합 형태(30.7%)와 교환가능한 형태(25.5%)로 제거되었다. 이처럼 같은 나무의 낙엽을 이용하여 중금속을 흡착 제거할 때 제거 양상이 다르며 또한 같은 중금속이라도 낙엽의 종류에 따라 제거 형태가 다름을 알 수 있다.

18)는 수용액중 Cd Pb 제거에 미치는 은행나무 및 참나무 낙엽의 흡착작용에서 참나무 잎 가루를 사용하여 Cd을 제거할 때 물리적 흡착과 화학결합이 동시에 일어나 Cd을 제거하는 것으로 보고한 바 있다.

이와 같이 낙엽중의 중금속의 형태는 낙엽으로부터 쉽게 용출되기 어려울 것으로 생각되는 유기결합형태 또는 황화물 형태이지만 낙엽의 미생물이나 화학반응에 의해 오랜 시간에 걸쳐 서서히 그 형태가 변할 수 있다고 생각된다. 특히 낙엽이 함유된 수용액의 pH, 양이온, 음이온 및 유기물 농도, 온도 등의 조절을 주의 할 필요가 있을 것으로 사료된다.

이상과 같이 본 연구에서처럼 낙엽을 재활용하여 중금속을 제거하는 경우, 물리적 흡착과 화학적 흡착에 의해 동시에 제거되며, 그 강도는 낙엽의 종류와 중금속의 종류에 따라 다르게 나타나는 것으로 판단된다. 추후 이 부분에 대한 자세한 연구가 필요하다고 판단된다.  

Table 3. Leaves of an ingredients (%)

Table 4. Before and after of the components on the leaves

Table 5. Ratio of fractionation heavy metals

IV. 결 론

중금속 이온 Cd, Pb을 제거하기 위하여 플라타너스, 감나무, 은행나무 등의 낙엽을 사용하여 흡착 등온식, 흡착속도 kinetic analysis 및 흡착 영향인자 등을 검토한 결과는 다음과 같다.

   1. 감나무 낙엽을 사용하였을 경우 Cd 제거효율은 94.0%, Pb 제거효율은 97.8%로 다른 낙엽보다 높은 제거효율을 보였다.

   2. Cd, Pb의 경우 Freundlich model에 잘 따랐으며, 각 온도별로 D-R의 흡착 등온식으로 부터 구한 흡착에너지는 Cd 4.72 ~ 5.56 kJ/mol, Pb 3.93 ~ 4.55 kJ/mol으로 물리적 흡착이 이루어지는 범위에 들었다.

   3. Clausius-Clapeyron 식을 이용하여 DHx를 구한 결과 Cd의 경우, -DHx 1.25 ~ 6.58 kJ/mol이고, Pb 3.98 ~ 4.08 kJ/mol로 나타나 엔탈피 변화 값이 40 kJ/mol 이하로 물리흡착일 가능성이 높을 것으로 사료된다.

   4. 감나무 낙엽을 사용하였을 때 Cd 8.9 mg/L에서 0.82 mg/L, Pb 10.43 mg/L에서 0.65 mg/L로 제거되었으며, 이와 동시에 각각의 낙엽의 Tannin성분도 감소하는 것으로 볼 때 이 들 중금속 이온의 제거에 Tannin성분이 관여하고 있는 것으로 판단된다.

   5. 감나무 낙엽에서 Cd의 흡착형태는 유기결합형태(32.8%), 교환가능한형태(22.1%)의 비율로 높게 나타났으며, Pb의 흡착형태는 유기결합형태(30.7%), 교환가능한형태(25.5%)의 비율로 높게 나타났다.

사 사

본 연구는 광주광역시보건환경연구원의 2011년도 연구사업 지원으로 수행되었습니다. 

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