본 연구는 제지 폐수 처리를 위해 순환 배치 하이브리드 막 생물 반응기(SB-HMBR)와 오존 처리를 결합한 시스템의 성능을 평가했습니다. SB-HMBR은 90일 동안 두 가지 다른 폭기 강도(막 면적당 특정 폭기 요구량, SADm 0.32 및 0.16 m3 m-2 h-1)에서 8.5시간의 주기 시간으로 운영되었습니다. 낮은 폭기 조건에서 얻은 처리수는 3 및 4 g O3 h-1의 오존을 이용한 배치 오존 처리 과정을 거쳤습니다.
유입수 COD 농도가 1단계(417 mg L-1)와 2단계(279 mg L-1)에서 상당한 변동을 보였음에도 불구하고, 반응기는 안정적인 성능을 유지했습니다. COD 제거율은 각각 91%와 78%를 달성했으며, BOD5는 완전히 제거되었습니다. 암모늄 제거율은 폭기 감소 시 75%에서 65%로 감소하여 질산화 과정이 산소 제한에 민감함을 나타냈으나, 인 제거율은 30-44%로 낮은 수준을 유지했습니다.
페놀 화합물 제거율은 70-78%, 색도 감소는 65-74% 범위였습니다. UV-vis 분석 결과, 발색단 감쇠는 생분해와 막 분리의 복합적인 효과로 나타났으며, 폭기 감소 시 제거 패턴에 큰 변화는 없었습니다. 오존 처리는 처리수 품질을 크게 향상시켜 90-92%의 색도 제거율과 47-48%의 페놀 화합물 감소율을 보였습니다.
그러나 가용성 COD는 일시적으로 증가하여 거대 분자가 더 용해성 있는 중간체로 부분 산화되었음을 시사했습니다. 전반적으로 SB-HMBR과 오존 처리의 통합은 제지 폐수 처리를 위한 효과적인 전략을 제공하며, 폭기 감소 조건에서도 안정적인 성능과 효율적인 방류수 고도 처리를 보장합니다.
수계 및 산업 폐수에 존재하는 요소는 잔류성과 질소 오염 기여로 인해 환경 및 건강에 심각한 문제를 야기하며, 효율적이고 안정적인 흡착제 개발의 필요성을 제기합니다. 본 연구는 요소 제거를 위한 고성능 흡착제 개발을 목표로, 후중합 변형 전략을 통해 새로운 폴리(α-나프틸아민)/닌히드린(P-αNA/Nin) 고분자 복합체를 성공적으로 합성했습니다.
복합체는 폴리(α-나프틸아민)의 아민기와 닌히드린의 카르보닐기 간의 공유 쉬프 염기(C=N) 결합, 수소 결합 및 π–π 상호작용을 통해 형성되었습니다. SEM 및 TEM 분석 결과, 상호 연결된 미세 및 중간 기공을 가진 고도로 다공성의 나노구조 표면이 확인되었으며, 이는 흡착에 유리한 이질적인 형태를 나타냅니다. 질소 흡착-탈착 측정에서는 순수 P-αNA의 BET 표면적이 2090.18 m²/g에서 P-αNA/Nin 복합체의 경우 2320.47 m²/g으로 크게 증가했습니다.
FT-IR 분석은 이민 결합 형성을 통한 닌히드린의 성공적인 통합을 검증했으며, XRD는 주로 반결정질 특성을, TGA/DSC 분석은 수용액상 응용에 적합한 열 안정성을 입증했습니다. 반응 표면 방법론(RSM)을 사용하여 흡착 성능을 최적화한 결과, 최적 작동 조건에서 최대 85.3%의 요소 제거 효율을 달성했습니다.
간섭 연구에서는 크레아티닌 및 암모니아와 같은 질소 함유 화합물이 활성 흡착 부위를 놓고 크게 경쟁하지만, P-αNA/Nin 복합체는 반복적인 주기에도 불구하고 효율 손실이 적어 우수한 재사용성을 보였습니다. 전반적으로 P-αNA/Nin 복합체는 산업 폐수 및 잠재적으로 의료 투석 응용 분야를 포함한 복잡한 수계 시스템에서 효과적인 요소 제거를 위한 안정적이고 선택적이며 고용량 흡착제로서 큰 가능성을 보여줍니다.
납(Pb2+) 오염은 높은 독성, 생체 축적성, 난분해성으로 인해 생태계와 인체 건강에 심각한 위협을 가합니다. 기존의 화학 침전, 이온 교환, 막 분리 등 납 오염수 처리 기술은 이차 오염, 높은 비용, 에너지 소비 등의 한계에 직면해 있습니다. 반면, 흡착 기술은 공정의 단순성, 낮은 농도에서의 고효율, 재생 가능성 등의 장점으로 유망한 대안으로 부상하고 있습니다.
본 논문은 셀룰로스, 리그닌, 알긴산나트륨, 키토산, 전분 기반 하이드로젤 및 이들의 복합 시스템을 중심으로 납 이온 흡착에 대한 최신 연구 동향을 체계적으로 검토합니다. 먼저 다양한 바이오매스 하이드로젤의 구조적 특성, 가교 메커니즘, 기능성 개질 전략을 소개합니다. 이어서 배위 착화, 이온 교환, 정전기적 상호작용, 물리적 흡착 등 Pb2+의 다양한 흡착 메커니즘을 심층적으로 분석합니다.
연구는 순수 생체 고분자 네트워크부터 무기물, 탄소 기반 물질, 금속-유기 골격체(MOF)를 포함하는 부분 생분해성 또는 바이오매스 함유 복합체에 이르기까지 다양한 시스템을 다룹니다. 각 재료 시스템의 흡착 성능을 상세히 비교하고, 재료의 재생 및 재활용 성능과 잠재적인 실제 적용 가능성을 평가합니다. 이를 통해 납 이온 흡착용 생분해성 하이드로젤의 설계 전략과 메커니즘을 종합적으로 이해할 수 있습니다.
이러한 분석은 납 오염 처리 분야에서 바이오매스 기반 하이드로젤의 활용 가능성을 제시하며, 향후 연구 방향을 설정하는 데 중요한 기반을 제공합니다. 특히 흡착 용량과 기계적 안정성 간의 균형을 포함한 현재 연구의 주요 과제를 명확히 제시합니다.
금속-유기 골격체(MOF)는 높은 표면적, 조절 가능한 다공성 및 다기능 활성 부위를 통해 폐수 처리에 유망한 소재로 부상했습니다. 그러나 수성 환경에서의 불안정성과 금속 또는 리간드 종의 용출은 실제 적용에 있어 주요한 한계점으로 작용합니다.
본 총설은 유기 염료 및 중금속 이온 제거를 위해 설계된 MOF 하이브리드 복합체의 최근 발전을 다룹니다. 특히, 수 안정성과 재활용성을 향상시키는 복합체 설계 및 기능화 접근법에 중점을 둡니다. 등온 흡착 및 동역학 모델, 그리고 MOF 성능을 지배하는 흡착 메커니즘을 분석합니다.
또한, 수중에서의 MOF 분해 과정과 하이브리드화를 통해 이러한 영향을 줄일 수 있는 방안을 심층적으로 탐구합니다. 최신 연구 결과를 통합하여 합성, 구조, 성능 및 재활용성을 연결하는 비판적 프레임워크를 제시합니다.
이 검토는 견고한 MOF 기반 흡착제 및 광촉매의 합리적인 설계를 위한 지침을 제공하며, 폐수 정화를 위한 통합적 접근 방식을 제시합니다.
