아민형 PP-g-VBC의 NO3-N과 PO4-P 흡착특성 :Nitrate and phosphate adsorption properties by aminated vinylbenzyl chloride grafted polypropylene fiber

이용재

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자료유형: 학위논문

저자정보: 이용재 (목포대학교, 목포대학교 대학원)

지도교수: 송재준

발행연도: 2017

저작권: 목포대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

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이 논문의 연구 히스토리 (2)

2017

아민형 PP-g-VBC의 NO3-N과 PO4-P 흡착특성

이용재 환경공학과 2017.01 학위논문

2016

아민형 PP-g-VBC의 NO₃-N과 PO₄-P 흡착특성

이용재 , 송재준 , 나춘기 대한환경공학회지 2016.10 학술저널

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최근에 발생되는 녹조현상은 지구온난화에 따른 기온상승, 강수량 감소, 체류시간 증가 등도 부수적 원인으로 작용하겠지만 유역으로부터 영양염류의 과다 유입에 따른 부영양화 현상이 가장 주된 원인이다. 이런 문제점을 극복하기 위하여 기존의 생물학적 처리공정에 전기분해, 막분리, 화학적 처리공법, 이온교환법(흡착법) 등을 조합하는 고도처리형 hybrid system을 개발하기 위해 많은 시도가 이루어지고 있다. 이온교환법과 흡착법은 질소?인 또는 중금속 등과 같은 이온성 물질의 동시제거가 가능하면서도 기후 및 농도에 관계없이 처리효율이 비교적 일정하다. 또한 부생독성물질을 생성시킬 위험이 없을 뿐만 아니라 처리공저오가 유지관리가 단순하고 용이하다는 장점을 가지고 있다. 그리하여 본 연구에서는 광그라프트 중합기술을 바탕으로 폴리프로필렌(PP) 섬유에 vinylbenzyl chloride (VBC)를 그라프트 중합시킨 다음, 화학적 개질반응을 통해 그라프트 중합된 VBC에 아민기(-NH2)를 도입시키는 방법으로 음이온 흡착기능성 섬유소재를 제조하고, 제조된 음이온 흡착 기능성 그라프트 중합체를 대상으로 흡착제로서 그 기능을 질산성 질소(NO3-N)와 인산성 인(PO4-P)에 대한 흡착특성을 평가하였다. 먼저 비닐벤질클로라이드(VBC)를 PP(Polypropylene)부직포에 광그라프트 중합시키고 에틸렌디아민을 이용하여 아민반응을 통해 음이온 교환기능기를 갖는 아민형 PP-g-VBC-EDA 흡착제를 제조하였다. 그 뒤 회분식 흡착실험을 통해 음이온 영양염 질산성 질소(NO3-N)와 인산성 인(PO4-P)에 대한 흡착특성을 평가하였다. 흡착평형은 랭뮤어 흡착등온식과 잘 일치하였으며, 그로부터 계산한 단일층 최대흡착량은 NO3-N이 59.9 mg/g, PO4-P가 111.4 mg/g이었다. 흡착에너지는 8 kJ/mol 이상으로 이온교환이 주된 흡착메커니즘임을 나타내었다. 흡착속도는 이차흡착속도모델식과 일치하였으며 9.8-36.7 kJ/mol의 흡착활성화에너지를 나타내어 화학적 흡착과정에 의해 지배되었음을 시사하였다. 흡착에 대한 열역학 함수 ΔGo, ΔHo와 ΔSo는 음이온 영양염에 대한 PP-g-VBC-EDA의 흡착이 자발적이고 발열적으로 일어남을 나타내었다. PP-g-VBC-EDA 흡착제는 0.1N HCl 용액을 이용한 세척과정을 통해 5회 이상 재생할 수 있었다.

Recently, the green algal phenomenon, which is caused by global warming, decreases the amount of precipitation and increases the residence time, but it is the most likely cause of the enrichment phenomenon due to the excessive inflow of nutrients from the basin is the main cause. In order to overcome these problems, we have developed an advanced hybrid system that combines existing biological treatment processes with electrolysis, membrane separation, chemical treatment, and ion exchange (adsorption) many trials have been made. The ion exchange method and adsorption method are capable of simultaneous removal of ionic substances such as nitrogen or heavy metals, but the treatment efficiency is relatively constant regardless of the climate or concentration. It also has the advantage that it is simple and easy to maintain and manage the process without the risk of producing by-products toxicant. In this study, polypropylene(PP) fibers were graft polymerized with vinylbenzyl chloride(VBC) based on the photolithographic polymerization technique, and a anion - adsorbing functional fiber material was prepared by introducing an amine group (-NH2) into the graft polymerized VBC a chemical modification reaction. The adsorption properties of the prepared anion adsorptive polymers to nitrate nitrogen (NO3-N) and phosphoric acid phosphorus (PO4-P) were evaluated as adsorbents. Amine-type PP-g-VBC-EDA adsorbent, which possesses anionic exchangeable function, was prepared through photo-induced graft polymerization of vinylbenzyl chloride(VBC) onto polypropylene non-woven fabric and subsequent amination reaction using ethylenediamine(EDA). Adsorption characteristics of anionic nutrients on the PP-g-VBC-EDA adsorbent have been studied by batch adsorption experiments. The equilibrium data well fitted the Langmuir isotherm model, and the maximum monolayer sorption capacity was found to be 59.9 mg/g for NO3-N and 111.4 mg/g for PO4-P. The adsorption energies were higher than 8 kJ/mol indicating anion-exchange process as the primary adsorption mechanism. The pseudo-second order kinetic model described well the kinetic data and resulted in the activation energy of 9.8-36.7 kJ/mol suggesting that the overall rates of NO3-N and PO4-P adsorption are controlled by the chemical process. Thermodynamic parameters such as ΔGo, ΔHo and ΔSo indicated that the adsorption nature of PP-g-VBC-EDA for anionic nutrients is spontaneous and exothermic. The PP-g-VBC-EDA could be regenerated more than 5 times by washing with 0.1N HCl.

#흡착 #그라프트 #단량체 #아민

제1장 서 론 1
제1절 연구배경 및 목적 1
제2절 이론적 배경 4
1. 고분자 종류 및 합성 4
2. 흡착 7
제2장 실험재료 및 방법 13
제1절 실험재료 및 시약 13
1. 단량체 및 시약 13
제2절 흡착제의 제조 14
1. 광그라프트 중합 14
2. 아민화 반응 14
제3절 표면특성 및 흡착능 평가 16
1. 표면특성 분석 16
2. 흡착실험 16
제3장 연구결과 및 고찰 18
제1절 비닐벤질클로라이드(VBC) 섬유소재 합성 18
1. VBC의 광그라프트 중합조건 18
제2절 PP-g-VBC의 아민화 24
1. 적정 아민화제 선정 24
2. 적정 그라프트율 25
3. 아민화 시간 및 온도 27
제3절 흡착제의 표면특성 29
1. 표면특성 및 화학적 구조 29
제4절 흡착메커니즘 34
1. PP-g-VBC-EDA의 흡착메커니즘 34
제5절 흡착속도 40
1. PP-g-VBC-EDA의 흡착속도 40
제6절 흡착에 미치는 온도의 영향 45
1. 온도의 영향 45
제7절 재생효율 50
1. 재생효율 50
제4장 결론 52
참 고 문 헌 54
국 문 초 록 58

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