열분해 온도가 NaOH로 전처리된 소나무 톱밥 바이오차에 의한 Carbamazepine과 Ibuprofen 흡착에 미치는 영향

초록

목적:본 연구에서는 열분해 온도가 소나무 톱밥을 NaOH로 전처리하여 제조한 Biochar를 이용한 의약품(i.e., ibuprofen (IBF) and carbamazepine (CBZ)) 제거에 끼치는 영향에 대해서 평가하였다. 방법:본 연구에서는 600℃와 800℃에서 열분해한 Biochar들(PB-600, PB-800)에 의한 의약품의 제거 기작을 조사하기 위해 2가지 동역학 모델과 2가지 흡착 등온식 모델을 이용하였다. 또한, 다양한 조건들을 조절하면서(adsorbent doses: 5 - 40 mg/L; 20 - 160 mg/L; temperature: 15 - 45℃; ionic strength: 0 - 0.5 M) 변수들이 의약품 제거에 미치는 영향을 알아보았다. 결과 및 토의:PB-800은 PB-600에 비해 더 넓은 비표면적(PB-600 = 408.70 m2/g; PB-800 = 472.92 m2/g)과 공극부피(PB-600 = 0.336 cm3/g; PB-800 = 0.658 cm3/g), 공극크기(PB-600 = 4.63 nm; PB-800 = 6.25 nm)를 가졌기 때문에 CBZ과 IBF에 대해 더 높은 제거효율을 가지는 것으로 판단된다. 이를 통해, PB-600과 PB-800의 물리적 특성이 CBZ과 IBF의 제거에 대하여 크게 기여하는 것을 알 수 있었다. 등온흡착 실험의 결과, PB-600에 의한 IBF의 흡착은 단층 흡착의 특성을 가진 Langmuir 등온식이 더 적합하였고, PB-600에 의한 CBZ의 흡착과 PB-800에 의한 IBF과 CBZ의 흡착은 다층 흡착의 특성을 가진 Freundlich 등온식이 더 적합하였다. PB-600과 PB-800에 의한 CBZ의 흡착은 온도의 영향을 크게 받지 않는 것으로 나타났으나, IBF의 흡착은 온도가 증가하면 약한 상호 작용력이 발생하여 제거효율이 감소하였다. 이온강도가 PB-600과 PB-800에 의한 CBZ과 IBF의 제거에 끼치는 영향에 대하여, IBF의 흡착은 이온강도가 증가할수록 제거효율이 증가하는 것으로 나타났으나, CBZ의 흡착에는 영향을 상대적으로 적게 끼치는 것으로 나타났다. 결론:본 연구는 높은 열분해 온도가 Biochar에 의한 대상 의약품의 제거효율을 향상시킬 수 있다는 것을 입증하였다. 또한, 대상 의약품에 대한 Biochar들의 흡착 메커니즘은 비표면적, 공극부피와 공극크기에 의존하는 것으로 사료된다.

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