커피찌꺼기로 지지된 나노영가철을 이용한 폐수 중 납과 카드뮴 흡착

나노영가철은 높은 반응성과 환원력으로 중금속 흡착제로 많은 관심을 받고 있다. 그러나 나노영가철은 강력한 표면에너지와 자성으로 인해 큰 입자로 응집되는 성질이 있고 이는 현장 적용 시 표면적과 반응성을 감소시키는 문제가 있다. 본 연구에서는 나노영가철의 입자 간 응집 문제를 해결하기 위해 나노영가철이 커피찌꺼기에 지지되도록 합성시켰으며 합성한 재료를 이용하여 Pb2+과 Cd2+에 대한 회분식 흡착실험을 진행하였다. pH 6, 20℃ 조건에서 등온흡착실험 결과 Langmuir 모형으로부터 Pb2+과 Cd2+에 대해 각각 814.95 mg/g, 196.06 mg/g의 최대흡착능을 가진 것으로 확인되었다. Pb2+의 경우 환원반응 기작이 작용하여 실험 결과를 등온흡착곡선 모형으로 설명하기 어려운 것으로 나타났다. 반응 평형 시간은 Pb2+에 대해 1시간, Cd2+에 대해 8시간이 소요되었다. 유사 2차반응속도 모형이 반응속도를 잘 설명할 수 있는 것으로 나타났기에 흡착형태는 화학적 흡착으로 추정된다. 물질 전달 메커니즘 분석 결과 Pb2+과 Cd2+은 각각 80%와 60%가 표면 확산을 통해 빠른 속도로 전달된 이후 나머지는 입자 내부 확산을 통해 전달됨을 확인하였다. 커피찌꺼기로 지지되는 나노영가철은 입자 간 응집이 억제되어 높은 중금속 흡착능과 제거율을 가진 것으로 생각되며, 나노영가철-커피찌꺼기는 고농도 중금속 폐액이 발생하는 산업현장에서 적용가능성이 뛰어날 것으로 판단된다.