염화아연 전처리를 통해 제조된 커피잔재물 바이오차와 분말활성탄의 의약품 흡착능 비교

초록

목적 : 본 연구에서는 커피잔재물을 염화아연으로 활성화하여 제조한 Biochar (C-biochar)를 의약품(i.e., Ibuprofen (IBF), Atenolol (ATE), Carbamazepine (CBZ)) 제거를 위한 흡착제로서 적용 가능성을 상용화된 분말활성탄(PAC: Powdered Activated Carbon)과의 비교를 통해 평가하였다. 방법 : 본 연구에서는 2가지 흡착등온식 모델을 이용하여 C-biochar와 PAC에 의한 미량오염물질의 제거기작을 조사하였다. 또한, 다양한 변수들이 미량오염물질 흡착에 미치는 영향을 알아보기 위하여 pH (3 ~ 9), 온도(15 ~ 45℃) 및 이온강도(0 ~ 0.5 M) 조건들을 변화시키면서 흡착실험을 수행하였다. 결과 및 토의: C-biochar는 PAC보다 더 넓은 비표면적(C-biochar = 1048.2 m2/g; PAC = 957.6 m2/g)과 공극(C-biochar = 1.044 cm3/g; PAC = 0.676 cm3/g)이 잘 발달되어 IBF와 CBZ의 제거율이 높았지만, PAC보다 표면작용기가 다양하지 않아 ATE의 제거율은 낮았다. 이를 통해 흡착제와 흡착질의 물리화학적 속성과 수용액 조건에따라 제거율이 좌우된다는 것을 확인할 수 있었다. 등온흡착실험 결과를 통해 C-biochar와 PAC에 의한 대상 의약품의 제거는 Langmuir 등온흡착모델보다 Freundlich 등온흡착모델에 적합한 것으로 보아 다층흡착에 대한 특성을나타내었다. C-biochar에 의한 IBF와 ATE의 제거는 정전기적 상호작용에 의해 이루어졌기 때문에 pH의 변화에따라 크게 달라졌지만, CBZ는 pKa가 높아 pH의 영향을 받지 않았다. C-biochar에 의한 대상 의약품 제거에 온도가 미치는 영향은 IBF는 온도에 영향을 받지 않았으며, ATE과 CBZ은 흡열반응으로 온도가 증가함에 따라 제거율이 증가하였다. pH와 온도와 달리, 이온강도 경우 C-biochar와 PAC에 의한 대상 의약품 제거에 일관된 영향을미치지 않는 것으로 나타났다. C-biochar는 PAC와 비교하였을 때 대상 의약품 제거에 대해 현저한 차이가 없는 것을 확인할 수 있었다. 결론 : 본 연구는 ZnCl2 전처리를 통한 커피잔재물로부터 우수한 표면특성을 갖는 Biochar를 제조할 수 있다는 것을 입증하였다. 또한 C-biochar와 PAC의 의약품 제거 메커니즘을 다양한 조건에서 알아본 결과 의약품의 물리화학적 속성들과 흡착제의 특징에 따라 달라진다는 것을 확인할 수 있었다.

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