물의 오염 제거

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 15832(2022) 이 기사 인용

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유기 용매(예: 톨루엔 및 테트라히드로푸란)와 금속 이온(예: Cu2+)에 의한 동시 오염은 산업 폐수 및 산업 현장에서 흔히 발생합니다. 이 원고는 구리 이온이 없는 상태에서 물에서 THF를 분리하는 방법과 THF와 구리 또는 톨루엔과 구리와 함께 오염된 물의 처리 방법을 설명합니다. 테트라히드로푸란(THF)과 물은 라우르산이 없어도 자유롭게 섞일 수 있습니다. 양성자 핵자기공명(1H NMR)과 감쇠전반사-푸리에 변환 적외선 분광법(ATR-FTIR)을 통해 입증된 것처럼 라우르산은 두 용매를 분리합니다. 1M 라우르산을 사용하여 3:7(v/v) THF:물 혼합물에서 분리된 수상의 순도는 약 87%v/v입니다. 싱크로트론 소각 X선 산란(SAXS)은 라우르산이 THF에서 역미셀을 형성한다는 것을 나타냅니다. 이는 물이 있을 때 부풀어 오르고(내부에 물을 수용하기 위해) 궁극적으로 2개의 자유상으로 이어집니다. 1) THF가 풍부한 상과 2상 ) 물이 풍부합니다. 탈양성자화된 라우르산(라우레이트 이온)은 또한 THF(물과 분리된 후) 또는 톨루엔(물과 섞이지 않음)에서 Cu2+ 이온의 이동을 유도하여 물에서 제거할 수 있게 합니다. ATR-FTIR에서 볼 수 있듯이 라우르산염 이온과 구리 이온은 화학적 결합보다는 물리적 상호작용(예: 정전기적 상호작용)을 통해 상호작용할 가능성이 높습니다. 유도 결합 플라즈마-광 방출 분광법(ICP-OES)은 CuSO4 또는 CuCl2 및 톨루엔에 의해 함께 오염된 물에서 Cu2+ 이온을 최대 60% 제거하는 것으로 나타났습니다. 라우르산은 구리 이온이 없을 때 물과 톨루엔을 유화시키는 반면, 구리염은 에멀젼을 불안정하게 만듭니다. 이는 구리 이온이 톨루엔 상에서 이동한 후 톨루엔과 함께 수상에 재동반되는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다. 유화 안정성에 대한 구리 이온의 영향은 Langmuir 트로프를 사용하여 조사한 계면 필름의 감소된 계면 활성 및 압축 강성을 기반으로 설명됩니다. 폐수 처리 시 라우르산(분말)을 오염된 물에 직접 혼합할 수 있습니다. 지하수 정화 과정에서 라우르산은 카놀라유에 용해되어 유기 용매와 Cu2+에 의해 함께 오염된 대수층을 처리하는 데 주입할 수 있습니다. 이 응용 분야에서 양이온성 하이드록시에틸셀룰로오스(HEC+)를 주입하여 얻은 주사 가능한 필터는 그 안에 분배된 톨루엔과 구리 이온의 흐름을 방해하여 하류 수용체를 보호합니다. 공동 오염물질은 이후 필터 상류에서 추출되어(펌프 우물 사용) 대수층에서 동시에 제거될 수 있습니다.

산업 활동은 납, 크롬, 비소, 아연, 카드뮴, 수은 및 구리를 포함한 수용성 독성 중금속을 지하수에 배출합니다1,2. 구리는 비료, 살충제 스프레이, 건축 자재, 농업 및 도시 폐기물에 사용되므로 지하수에서 구리 농도가 높아집니다1. 탄화수소는 산업 공정에서도 널리 사용되며 가장 흔한 지하수 오염물질 중 하나입니다3. THF는 의약품 및 살충제 중간체를 생산하는 데 사용되었기 때문에 지하수 및 산업 폐수 오염물질입니다4,5. 중금속, 탄화수소 및 수혼화성 유기 용매(예: 디옥산 또는 THF)는 종종 산업 현장에서 공동 오염물질로 존재합니다6,7,8,9,10,11.

중금속 처리에는 동전기적 복원12,13,14,15,16, 나노입자를 사용한 제거17, 펌프 및 처리1를 통해 중금속의 용해 및 추출을 촉진하는 첨가제를 사용한 토양 세척이 포함됩니다. 펌프 앤 트리트먼트(Pump and Treat)는 양수정을 이용하여 오염물질을 추출하고 지하수를 외부에서 처리한 후 최종적으로 처리 후 재주입하는 방식입니다18. 예를 들어, EDTA(에틸렌디아민테트라아세트산)는 펌프 및 처리와 함께 구리를 정화하는 데 사용되었습니다19. 이전 연구에서는 동일한 목적으로 라우로일락틸산나트륨(SLL)을 사용했습니다. 이러한 접근법은 THF가 그 예인 혼화성 용매와 같은 중금속 및 공동 오염물질을 동시에 제거할 수 없습니다.