농업 폐자원 바이오매스를 이용한 메틸렌블루 제거 : 옥수수 속대, 왕겨, 호두 껍질 비교

초록

산업 과정에서 발생하는 수질 오염의 주요 원인인 염료 폐수를 효과적으로 제거하기 위해 접근이 쉽고 저비용인 농업 폐자원 바이오매스(옥수수 속대, 왕겨, 호두 껍질)를 이용하여 메틸렌블루의 제거율을 비교하였다. 바이오매스 전처리 없이 반응 시간 1-80분, 투입량 2.5-7.5 g/L에서 메틸렌블루(100 mg/L) 제거 실험을 진행하였다. Jar-Tester(150 rpm)로 교반하고 10분 동안 원심분리(4,000 rpm)한 후 664 nm에서 자외선–가시광선 분광광도계(ultraviolet-visible spectrophotometer)로 메틸렌블루 농도를 측정하였다. 메틸렌블루 최대 제거율(80분, 7.5 g/L)은 옥수수 속대(99.2±0.04%), 왕겨(97.4±0.61%), 호두 껍질(94.1±1.48%) 순으로 나타났다. 흡착 성능을 비교하기 위해 등온 흡착식을 적용해 본 결과, 모든 바이오매스의 R2 값이 Langmuir 식(0.98-0.99)이 Freundlich 식(0.94-0.96)에 비해 높아 Langmuir 식이 흡착 설명에 더 적합하며 이는 메틸렌블루가 흡착제 표면에 주로 단분자층 흡착 형태로 결합한다는 것을 의미한다. 흡착 속도를 비교해 본 결과, 모든 바이오매스에서 유사 1차식(0.003-0.932)보다 유사 2차식(0.9985-1.000)의 R2 값이 높아 유사 2차 속도식이 본 연구에 사용한 바이오매스 흡착 속도를 설명하는데 더 적합한 것을 알 수 있다. 푸리에 변환 적외선 분광법(Fourier-transform infrared spectroscopy)으로 바이오매스 피크를 분석한 결과, 모든 바이오매스의 작용기가 리그노셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌 주성분이 포함되어 있어 메틸렌블루 흡착에 효과적이었고, 피크 강도가 옥수수 속대, 왕겨, 호두 껍질 순으로 나타났다. 피크의 강도는 메틸렌블루와의 흡착 정도를 나타내는데, 이는 옥수수 속대, 왕겨, 호두 껍질 순으로 메틸렌블루와 흡착이 잘 되었다는 것을 의미한다. 따라서 본 실험에서는 옥수수 속대, 왕겨, 호두 껍질 바이오매스 순으로 메틸렌블루 제거에 효과적임을 알 수 있다.

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