Abstract

Objective of this research was to assess the influence of reaction time on the heavy metal-organic ligand complexation by employing kinetic models. Aqueous solutions of humic (HA) or fulvic acid (FA) were reacted with metal solutions with 1:1 ratio to form complexes. Efficiency of organic ligand on metal removal was determined by separating the precipitates from solution using $0.45\;{\mu}m$ filter paper. Complexation between Cu or Pb and HA or FA followed the first- or multiple first order kinetics, largely depending on metal concentration and kind of organic ligand. Amounts of precipitates were increased proportionally with reaction time but reached to quasiequilibrium where rate of precipitate formation was not varied with time. Copper-ligand complexation was, irrespective of ligand, fitted to the single first order kinetics at Cu concentrations lower than $300{\mu}M$, but this was fitted to the multiple first order kinetics at Cu concentrations higher than $300{\mu}M$. As increasing Cu concentrations, the precipitates formed more readily, judging from the increased rate constants (${\kappa}$). In the multiple first order kinetics, ${\kappa}$ was decreased as reaction steps proceeded. Most of Cu-ligand precipitates were formed within 15 min. FA precipitated Cu more rapidly than HA did. ${\kappa}$ for Pb-HA complexation was decreased but that for Pb-FA reaction was increased, as increasing Pb concentration. Most of Pb-organic ligand complexation occurred within 30 min. Afterwards, ${\kappa}$ values were relatively small and not affected much by time. Pb was precipitated by humic acid more readily than Cu when metal concnetrations were $200{\sim}300{\mu}M$. However, when metal concentrations were in the ranges of $400{\sim}500{\mu}M$, a reversed tendency was observed.

본 연구(硏究)에서는 부숙(腐熟)된 퇴비(堆肥)로부터 추출(抽出)한 부식산(腐植酸) 및 훌브산용액(酸溶液)과 중금속(重金屬) 용액(溶液)을 반응(反應)시켜 복합체(複合體)를 형성(形成), 침전(沈澱)시키고, 침전물(沈澱物)을 여과법(濾過法)에 의해 분리하여 중금속(重金屬)의 제거효율(除去效率)을 측정하였으며, 이때 시간(時間)이 침전형성(沈澱形成)에 미치는 영향(影響)을 kinetics model을 도입하여 조사하였다. 중금속(重金屬) (Cu 또는 Pb)과 유기(有機)리간드[(Humic acid: HA) 또는 (Fulvic acid: FA)] 사이의 침전형성(沈澱形成) 반응(反應)은 single first- 또는 Multiple first order kinetics를 따랐는데, 이는 중금속(重金屬)의 농도(濃度)와 리간드의 종류(種類)에 크게 의존(依存)하였다. 따라서 중금속(重金屬)-유기(有機)리간드 침전반응(沈澱反應)은 중금속(重金屬)의 반응농도(反應濃度)에 의존하고, 반응시간(反應時間)에 정비예(正比例)하여 침전형성율(沈澱形成率)이 증가(增加)한 후 침전형성율(沈澱形成率)의 변화가 거의 없는 의사(擬似) 평형상태(平衡狀態)에 도달하였다. Cu와 유기(有機)리간드의 침전형성 반응은, 리간드의 종류에 관계없이, Cu의 농도가 $300{\mu}M$ 보다 낮을때는 single first order kinetics를, 농도가 $300{\mu}M$ 보다 높을때는 Multiple first-order Kinetics를 따랐다. Cu의 농도가 증가될수록 반응상수(反應常數)(${\kappa}$)는 유의성(有意性)있게 증가되어 침전형성(沈澱形成) 속도(速度)가 빨랐다. 침전형성(沈澱形成)이 Multiple first order kinetics일 경우, 반응단계가 진행될수록 ${\kappa}$ 값이 작아졌고, 대부분의 침전형성은 1단계인 15분 이내에서 일어났으며, 시간이 경과할수록 서서히 진행되어 평형(平衡)에 도달하였다. Cu의 농도가 같을때 1단계반응에서의 훌브산(酸)의 ${\kappa}$ 는 부식산(腐植酸)의 ${\kappa}$ 보다 커서 훌브산이 부식산보다 Cu를 더 빨리 침전시켰다. Pb의 농도가 증가할수록 Pb-HA의 침전형성반응에서는 ${\kappa}$ 값이 작아졌으나, 반면에 Pb-FA의 반응에서는 ${\kappa}$ 값이 증가되었다. Pb-유기(有機)리간드의 침전형성(沈澱形成)은 30분 이내(1단계)에 이뤄졌으며, 이후의 ${\kappa}$ 값은 매우 작아 반응시간(反應時間)에 크게 영향을 받지 않았다. 유기(有機)리간드가 부식산(腐植酸)이고, 중금속(重金屬)의 농도(濃度)가 $200{\sim}300{\mu}M$ 일때 Pb의 ${\kappa}$값은 Cu의 ${\kappa}$ 값보다 커서 Pb이 Cu보다 빨리 침전되었으나, 중금속(重金屬)의 농도(濃度)가 $400{\sim}500{\mu}M$ 일때는 Cu의 ${\kappa}$ 값은 Pb의 ${\kappa}$ 값보다 컸다.

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