개념 한 쪽
수질환경기사 흡착 — 등온식과 활성탄 주입량
흡착 등온식의 종류와 각 식의 가정, Freundlich 식으로 활성탄 주입량을 구하는 순서와 n=1일 때의 성질을 익힌다.
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뜻
흡착은 물속 오염물질이 흡착제 표면에 달라붙어 제거되는 현상이다. 활성탄은 생물학적으로 처리하기 어려운 COD를 제거할 때 흡착제로 쓴다.
흡착 평형에서 흡착량과 평형 농도의 관계를 나타낸 식을 흡착 등온식이라 하며 Langmuir, Freundlich, BET 등이 있다. Michaelis-Menten 식은 효소 반응 속도를 다루는 식이므로 흡착 등온식이 아니다.
Langmuir 식은 단분자층 흡착을 가정하므로 흡착 자리 수가 고정되어 있다. 흡착과 탈착이 평형을 이루고 흡착이 가역적이라는 전제를 둔다.
Freundlich 식은 X/M = k × C^(1/n)이다. X/M은 흡착제 단위 질량당 흡착량, C는 평형 농도, k와 n은 실험으로 정하는 상수다. n이 1이면 X/M = k × C가 되어 평형 농도에 비례한다.
활성탄 주입량은 제거해야 할 오염물질 총량을 단위 질량당 흡착량으로 나누어 구한다. 폐수 3m³의 유기물을 10mg/L에서 1mg/L로 낮추는 경우 제거 총량은 9mg/L × 3,000L = 27g이다. k=0.5, n=1이면 평형 농도 1mg/L에서 X/M = 0.5 × 1 = 0.5mg/g이므로, 이 값을 기준으로 필요한 활성탄 양을 계산한다. 실험 자료가 두 벌 있으면 Freundlich 식에 각각 넣어 k와 1/n을 먼저 구한 뒤, 목표 평형 농도에 필요한 주입량을 역산한다.
예제
선지 판단은 등온식의 종류와 가정, Freundlich 식의 상수와 지수, 활성탄 주입량의 계산 순서, n=1일 때 식이 어떻게 단순해지는가에서 갈린다. Michaelis-Menten을 흡착 등온식으로 묶거나 Langmuir를 다분자층 흡착으로 적은 선지가 틀린다. Freundlich 식에서 X/M을 활성탄 총량으로 보거나, 제거 총량을 단위 질량당 흡착량으로 나누지 않은 선지도 어긋난다. n=1인데도 X/M이 농도와 무관하다고 적은 선지도 성립하지 않는다.
자주 묻는 물음
- 흡착 등온식에는 어떤 것이 있나요?
- Langmuir, Freundlich, BET가 대표적입니다. Langmuir는 단분자층 흡착과 흡착 자리 수 고정을 가정합니다. Michaelis-Menten은 효소 반응 속도식이므로 흡착 등온식이 아닙니다.
- Freundlich 식으로 활성탄 주입량은 어떻게 구하나요?
- X/M = k × C^(1/n)에서 평형 농도 C일 때의 단위 질량당 흡착량을 구한 뒤, 제거할 오염물질 총량을 이 값으로 나눕니다. 폐수 3m³에서 유기물을 10mg/L에서 1mg/L로 낮추면 제거 총량은 27g이고, k=0.5, n=1이면 C=1mg/L에서 X/M은 0.5mg/g입니다. 실험 자료가 두 벌이면 두 값을 연립해 k와 1/n을 먼저 구합니다.
- Freundlich 식에서 n이 1이면 무엇이 달라지나요?
- X/M = k × C^(1/n)에서 1/n이 1이 되므로 X/M = k × C가 됩니다. 흡착제 단위 질량당 흡착량이 평형 농도에 비례하게 되어 계산이 단순해집니다.
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