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Scientific Reports 13권, 기사 번호: 7831(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

4-클로로페놀 오염은 심각한 환경 문제입니다. 본 연구에서는 아민기로 개질된 분말 활성탄을 합성하고 수성 환경에서 4-클로로페놀을 제거하는 효율성을 조사했습니다. 반응 표면 방법론(RSM)과 중심 복합 설계(CCD)를 사용하여 pH, 접촉 시간, 흡착제 투여량, 초기 4-클로로페놀 농도 등 다양한 매개변수가 4-클로로페놀 제거 효율에 미치는 영향을 조사했습니다. RSM-CCD 접근 방식은 실험을 설계하고 분석하기 위해 R 소프트웨어에서 구현되었습니다. 변수의 통계적 분석(ANOVA)을 사용하여 매개변수가 반응에 영향을 미치는 역할을 설명했습니다. 등온선 및 동역학 연구는 3개의 Langmuir, Freundlich 및 Temkin 등온선 모델과 4개의 유사 1차, 유사 2차, Elovich 및 선형 및 비선형 형태의 입자 내 동역학 모델을 사용하여 수행되었습니다. 합성된 흡착제는 X선 회절(XRD), 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR) 및 주사 전자 현미경(SEM) 분석을 사용하여 특성화되었습니다. 그 결과, 합성된 개질활성탄은 최대흡착능력이 316.1 mg/g으로 높은 4-클로로페놀 제거효율을 나타냄을 확인하였다. 최고의 제거 효율을 위한 최적 조건은 흡착제 투여량 0.55g/L, 접촉 시간 35분, 4-클로로페놀 초기 농도 110mg/L, pH 3이었습니다. 열역학적 연구에 따르면 흡착 과정은 다음과 같습니다. 발열성 및 자발적인 것. 합성된 흡착제는 5회 연속 사이클 후에도 우수한 재사용성을 나타냈습니다. 이러한 발견은 수성 환경에서 4-클로로페놀을 제거하고 지속 가능하고 효율적인 수처리 기술 개발에 기여하는 효과적인 방법으로서 변형 활성탄의 잠재력을 보여줍니다.

합성 유기 화합물을 함유한 클로로페놀을 포함한 페놀 및 그 파생물은 석유화학, 석탄 생산, 고무, 플라스틱, 철강 및 알루미늄과 같은 산업의 폐수에서 어디서나 발견됩니다. 이들 화합물은 환경에서의 상대적 안정성, 생물학적 분해에 대한 저항성, 물에 용해되는 능력, 발암성으로 인해 환경 및 건강에 미치는 영향 측면에서 중요합니다1. 클로로페놀 화합물은 퇴적물과 먹이사슬에 축적될 수 있습니다. 이러한 화합물은 수자원에 유입되어 오랫동안 환경에 남아 있습니다. 4-클로로페놀(C6H5ClO)은 석유화학, 살충제, 제초제, 산업용 염료 및 제약 산업에서 널리 사용되는 클로로페놀의 한 유형입니다2.

4-클로로페놀은 피부 접촉과 단기 흡입을 통해 피부와 눈에 자극을 유발합니다. 4-클로로페놀에 장기간 노출되면 간, 신장 및 중추신경계에 심각한 손상을 입힐 수 있습니다3. ICRA(국제 암 연구 기관)는 클로로페놀을 그룹 B24로 분류했으며, 미국 환경 보호국은 지표수의 페놀 임계값을 처리 수준으로 1ppb(1ppb) 미만으로 설정했습니다5. 4-클로로페놀은 광물화에 대한 안정성으로 인해 다른 클로로페놀6에 비해 처리가 어렵습니다.

최근 몇 년간 식수와 폐수에서 4-클로로페놀을 제거하기 위해 화학적 산화7, 생물학적 정화5, 습식 산화8 등 다양한 기술이 사용되었습니다. 산화 방법은 종종 위험한 부산물과 상당한 양의 고형 폐기물을 생성합니다. 높은 폐기 및 재생 비용이 필요합니다9. 페놀성 폐수의 생물학적 처리 공정의 효율성은 일반적으로 클로로페놀이 미생물에 미치는 독성 영향, 생물학적 시스템이 충격 부하를 견딜 수 없음, 긴 체류 시간으로 인해 만족스럽지 않습니다9. 화학적 방법은 또한 높은 투자를 요구하며 폐수에 용해성 화학물질의 부하를 증가시킵니다10,11. 열적 방법은 다이옥신, 연기 등 불완전 연소로 인한 유해한 부산물을 공기 중으로 방출합니다12. 이러한 화합물을 제거하기 위해 최근 개발된 가장 일반적인 방법 중 하나는 오염물질의 표면 흡착 방법에 효율적인 활성탄입니다13.