폴리비닐알코올 스펀지의 표면 개질을 통한 나노영가철의 부착성 향상

김영화; 서영교; 김효원; 황유훈

추천

검색

질문

자료유형: 학술저널

저자정보: 김영화 (서울과학기술대학교) 서영교 (서울과학기술대학교) 김효원 (서울과학기술대학교) 황유훈 (서울과학기술대학교)

저널정보: 대한환경공학회 대한환경공학회지 대한환경공학회지 제41권 제9호

발행연도: 2019.9

수록면: 473 - 482 (10page)

이용수

📌

연구주제

📖

연구배경

🔬

연구방법

🏆

연구결과

초록· 키워드

오류제보하기

목적 : 본 연구에서는 나노 영가철의 적용성을 높이기 위하여 지지체 소재에 고정화하는 방법을 택하였으며, 시중에서 쉽게 구할 수 있는 폴리비닐알코올 스펀지(PVA)를 지지체로 사용하였다. 나노 영가철을 고정화시키는 데 있어서 지지체와의 결합력을 향상시키는 것은 오염물질 제거 효율 증대 및 나노 영가철의 탈리를 방지하는 측면에서 중요하다고 판단하였다. 지지체와의 결합력을 향상시키기 위하여 PVA 표면을 아크릴산으로 개질하여 카르복실기를 유도하는 일련의 표면 개질 방법을 사용하였으며, 이를 통하여 나노 영가철 입자의 부착이 향상되는지 여부에 대하여 평가하였다.
방법 : 나노 영가철을 고정하기 위한 담체로써 공극률 90%, 평균 공극 크기 130 ㎛, 겉보기 밀도 0.082 g/㎤의 PVA 스펀지를 사용하였으며, 취급에 용이하도록 0.3 × 0.3 × 0.3 ㎤의 정육면체로 가공 후 사용하였다. PVA 스펀지는 아크릴산 및 과망간산칼륨과의 반응을 통하여 표면에 아크릴산 고분자를 유도하였다(PVA-AA). PVA-AA에 나노 영가철을 합성하기 위한 일련의 과정에서의 조건들을 최적화하였다. 고려한 조건은 나노 영가철의 전구 물질인 Fe2+와 PVA의 질량 비율, Fe2+ 흡착 시간 및 NaBH₄를 이용한 환원 시간이었다. PVA-AA의 Fe2+ 흡착량, 나노 영가철 합성 이후 SEM/EDS 분석을 실시하였으며, 질산성 질소 환원 실험을 통하여 환원 반응성을 평가하였다.
결과 및 토의 : AA로 개질된 지지체 소재(PVA-AA)의 Fe2+ 흡착량이 미개질 소재(PVA)의 경우보다 우수함을 확인할 수 있었고, 흡착 평형에 이르는 시간도 30분으로 단축되는 것을 확인할 수 있었다. 최적 질량 비율은 Fe/PVA-AA = 1이었다. 이와 같은 결과는 AA를 이용한 표면 개질을 통하여 PVA 표면의 카르복실기를 형성하였고, 형성된 카르복실기가 철과의 강한 상호 결합을 유도하기 때문인 것으로 파악되었다. SEM/EDS를 통하여 분석한 결과, AA 개질을 통하여 PVA 스펀지 섬유 표면에 AA 고분자가 형성된 것을 확인할 수 있었고, 여기에 나노 영가철이 결합된 형태를 확인하였다. AA 개질을 통하여 다량의 나노 영가철이 결합된 것을 확인하였으며, 환원시간을 0.5시간에서 1시간을 늘림에 따라 나노 영가철의 표면과 내부에서의 분포가 더욱 균일해지는 것을 확인할 수 있었다. 최종적으로 질산성 질소 환원 실험을 통하여 환원 반응성을 평가하였으며, 표면 개질을 수행하였던 PVA-AA-nZVI가 표면 개질을 수행하지 않은 PVA-nZVI에 비하여 환원 효율은 1.9배, 환원 속도는 3.5배 더 높은 것으로 나타났다.
결론 : 나노 영가철의 단점을 개선하고 활용성을 높이기 위해 지지체를 활용함에 있어 부착성을 향상시키기 위한 표면 개질 기술을 개발하고자 하는 목적으로 수행되었다. 시중에서 쉽게 구할 수 있는 PVA 스펀지 표면을 아크릴산을 개질함을 통하여 표면에 카르복실기를 다수 형성하여 나노 영가철의 부착 효율을 증대시킬 수 있었고, 더 높은 오염물질 환원 효율을 얻을 수 있었다. 영가철이 고정된 소재의 오염물질 환원율을 높이기 위해 중요한 인자는 영가철의 함량이라고 할 수 있다. 담체 표면을 개질하고 합성하는 과정으로 영가철의 합성량을 높인 소재의 개발로 실제 공정에 적용함에 있어 경제성과 오염물질의 제거 능력 모두 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.

Objectives : Nanoscale zero-valent iron (nZVI) is known to effectively remove various contaminants due to its small size and high specific surface area, but it is limited in practical water treatment processes due to its difficulty in recovery after use. In this study, a method of immobilizing nZVI on a support material was adopted in order to increase the applicability of nZVI. A polyvinyl alcohol sponge (PVA), which is readily available commercially, was used as a support. For the immobilization of nZVI, it was considered that improving the binding force with the support is essential in order to enhance the pollutant removal efficiency and prevent nZVI loss. A series of surface modification methods with acrylic acid to induce the formation of carboxyl groups were used to improve the bonding strength with the support.
Methods : A PVA sponge with a porosity of 90%, an average pore size of 130 ㎛, and an apparent density of 0.082 g/㎤ was used as a supporting material to immobilize nZVI. The PVA sponge was further cut into cubes of 0.3 × 0.3 × 0.3 ㎤ for easy handling. The PVA sponge induced an acrylic acid polymer on the surface through the reaction of acrylic acid and potassium permanganate (PVA-AA). We optimized the conditions in a series of steps to synthesize nZVI on PVA-AA. The conditions considered were the mass ratio of Fe2+ and PVA, Fe2+ adsorption time, and the reduction time using NaBH₄. A SEM/EDS analysis was performed to monitor the morphology of the synthesized nZVI on PVA-AA. The reduction reactivity was evaluated through nitrate reduction.
Results and Discussion : The amount of Fe2+ adsorption of the support material modified with AA (PVA-AA) was superior to that of the unmodified material (PVA), and the time to reach the adsorption equilibrium was shortened to 30 min. The optimum mass ratio was Fe/PVA-AA = 1. These results indicate that carboxyl groups are formed on the surface of PVA by surface modification using AA and that these carboxyl groups induce strong binding affinity toward iron. The SEM/EDS analysis results showed that AA polymer was formed on the surface of the PVA sponge fiber through AA modification. Moreover, a large amount of nZVI was formed on AA modified PVA (PVA-AA). As the reduction time was increased from 0.5 h to 1 h, the distribution of nZVI iron on the surface and inside the support was more uniform. Finally, the reducing reactivity was evaluated through a nitrate reduction experiment. The reduction efficiency and the reduction rate of PVA-AA-nZVI were 1.9 times and 3.5 times higher than those of PVA-nZVI, respectively.
Conclusions : A surface modification technology was developed to enhance nZVI immobilization on a commercially available supporting material. Through the modification of acrylic acid on the surface of a PVA sponge, which can be easily obtained on the market, it was possible to increase the attachment efficiency of nZVI by forming a large number of carboxyl groups on the surface, and subsequently higher pollutant reduction efficiency could be obtained. It is expected that both the economic efficiency and the ability to remove contaminants can be improved by the development of a material having an increased amount of nZVI by the surface modification technology developed in this study.

#Nanoscale Zero-valent Iron #Polyvinyl Alcohol #Supporting Material #Surface Modification #Acrylic Acid #나노 영가철 #폴리비닐알코올 #지지체 #표면개질 #아크릴산

참고문헌 (22)

참고문헌 신청

F. Fu, D. D. Dionysiou, H. Liu, The use of zerovalent iron for groundwater remediation and wastewater treatment: A review, J. Hazard. Mater., 267, 194-205(2014).

R. A. Crane, T. B. Scott, Nanoscale zero-valent iron: future prospects for an emerging water treatment technology. J. Hazard. Mater., 211-212, 112-125(2012).

M. H. Park, G. R. Lee, H. S. Park, S. J. Jung, J. Y. Kim, Adsorption of Lead and Cadmium from Wastewater Utilizing Nano Zero Valent Iron Supported by Coffee Ground, J. Korean Soc. Environ. Eng., 40(2), 82-90(2018).

Y. H. Hwang, D. G. Kim, H. S. Shin, Mechanism study of nitrate reduction by nano zero valent iron, J. Hazard. Mater., 185(2-3), 1513-1521(2011).

Y. P. Hong, Y. G. Seo, H. W. Kim, Y. H. Hwang, Evaluation of nanoscale zero valent iron filled column for nitrate reduction, J. Korean Soc. Environ. Eng., 32(3), 243-251(2018).

함께 읽어보면 좋을 논문

논문 유사도에 따라 DBpia 가 추천하는 논문입니다. 함께 보면 좋을 연관 논문을 확인해보세요!

이 논문의 저자 정보

김영화

소속기관 서울과학기술대학교

주요연구분야 공학 > 건축공학 > 환경공학

논문수 1 이용수 111

서영교

소속기관 서울과학기술대학교

주요연구분야 공학 > 건축공학 > 환경공학

논문수 14 이용수 1,017

김효원

소속기관 서울시보건환경연구원

주요연구분야 공학 > 건축공학 > 환경공학 TOP 5%

논문수 12 이용수 1,829

황유훈

소속기관 서울과학기술대학교

주요연구분야 공학 > 건축공학 > 환경공학 TOP 1% 자연과학 > 지구과학 > 대기과학

논문수 68 이용수 3,408

이 논문과 함께 이용한 논문

폐타이어의 저온 열분해시 발생되는 오염물의 거동 특성

김상식 대한환경공학회지 2019 .08

접촉 작동식 기기(승강기 버튼, 현금인출기, 스마트폰) 표면에 존재하는 미생물의 분리, 계수 및 동정

김지은 , 이은빈 , 양윤정 외 10명 대한환경공학회지 2019 .08

전자통신공학의 진폭변조 실습을 위한 컴퓨터 시뮬레이션 프로그램

이찬주 융복합지식학회논문지 2019 .09

공공임대주택 입주자의 주거만족도 및 삶의 질에 관한 연구: 경남지역 LH 공공임대주택을 중심으로

신홍기 , 이태근 한국정책과학학회보 2019 .09

최근 본 자료

전체보기

UCI(KEPA) : I410-ECN-0101-2019-539-001218138

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	원문	원문 PDF 파일
AI 학습용 데이터	원문 + 메타 (기본/상세)	원문 PDF 파일 및 서지정보 CSV
대량 구매용 데이터	B2B 구독 방식	특정 자료 한정으로 원문 접근 권한 부여
대량 구매용 데이터	URL 전달 방식	바로 PDF 뷰어를 열람할 수 있는 URL 제공

구분	그룹	데이터 항목
AI 학습용 데이터	기본 메타	발행기관명, 간행물명, 권호명, 권(vol), 호(issue), 통권, 발행연도, 발행월, 논문명, 저자명, 시작페이지, 종료페이지, 전체페이지, 상세페이지URL
상세 메타 데이터	발행기관 메타	발행기관 이명, 영문명, 창립연도, 홈페이지URL, 발행기관 소개
	간행물 메타	부제목, 간행물 유형, ISSN, ISBN, 최초발행연도, 폐간연도, 간행빈도, 발행주기, 등재사항, 이용수, 피인용수, 권호수, 논문수, 표지이미지
	논문 메타	작성 언어, 부제목, 대등제목, 목차, 키워드, 초록, 이미지, 참고문헌, 이용수, 피인용수, 논문활용도, DBpia통합주제분류, KDC분류, DDC분류, 한국연구재단분류, UCI, DOI
	저자 메타	소속기관, 소속부서, 직급, 연구분야, 연구키워드, 이용수, 피인용수, 저자 논문활용도

구분	그룹	데이터 항목
※ 결합형/맞춤형 메타 데이터는 신청 내용에 따라 다양하게 제공 가능
이용순위 정보	주제분야별 많이 이용된 논문	“인문학”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	이용기관별 많이 이용된 논문	“중고등학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	세부기관별 많이 이용된 논문	“서울대학교”에서 많이 이용된 논문 TOP100
	키워드별 많이 이용된 논문	“Chat GPT”에서 많이 이용된 논문 TOP100
키워드 정보	많이 이용된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 이용된 키워드
	많이 발행된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 발행된 키워드
	많이 검색된 키워드	특정기간/분야/저널 내 많이 검색된 키워드
	연구 트렌드 키워드	특정 키워드 연관 연구동향 분석 데이터 키워드

논문 기본 정보

초록· 키워드

AI 요약

연구주제

연구배경

연구방법

연구결과

주요내용

목차

참고문헌 (22)

함께 읽어보면 좋을 논문

이 논문의 저자 정보

이 논문과 함께 이용한 논문

최근 본 자료

댓글(0)