카사바 껍질로 만든 폐수 처리용 바이오차

카사바 껍질로 만든 바이오차는 섬유 염색 폐수에서 메틸렌을 흡착하는 소재로 활용될 수 있다.

카사바 껍질은 폐수 처리용 바이오차를 생산하기 위한 풍부한 원료이다.

 

카사바 껍질을 이용한 바이오차가 섬유 염색 폐수의 메틸렌 흡착제로 활용될 수 있다는 연구 결과가 호치민시 산업대학교 과학자들에 의해 발표되었다.

 

버려지는 카사바 껍질 활용

 

호치민시 산업대학교의 Do Quy Diem, Bui Duy Tuyen và Nguyen Van Son으로 구성된 강사 그룹은 폐기물인 카사바 껍질로 바이오차를 성공적으로 제조하여 폐수에서 메틸렌 블루 색소를 흡착하는 소재로 활용하는 연구를 진행하였다.

 

Do Quy Diem박사에 따르면 바이오차는 농업 부산물 바이오매스를 혐기성 열분해할 때 얻을 수 있는 탄소가 풍부한 고체 광물질이다. 열분해 온도와 바이오매스 유형에 따라 생성되는 바이오차의 구성과 특성이 달라진다.

 

볏짚, 쌀겨, 카사바, 코코넛, 커피, 목재 폐기물 등의 농작물 부산물은 바이오차 생산을 위한 잠재적인 바이오매스 자원 중 하나이다. 이 중 카사바(타피오카) 껍질은 목질 껍질과 내부 껍질 두 가지 구조로 되어 있다. 목질 껍질은 뿌리 무게의 0.5-3%를 차지하며, 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스로 구성된 세포를 포함하고 있으며 전분은 거의 없다.

 

내부 껍질은 목질 껍질보다 두껍고 뿌리 무게의 약 8-20%를 차지하며, 셀룰로오스와 전분으로 구성된 세포를 포함하고 있다. 이러한 종류의 껍질은 카사바 전분 공장에서 대량으로 버려지고 있으며, 직접 폐기되는 카사바 껍질은 낭비일 뿐만 아니라 환경에 유해하고 오염을 일으킨다.

 

환경을 가장 심하게 오염시키는 폐수 중 하나는 섬유 염색, 가죽 생산, 목재, 인쇄용 잉크 등에서 나오는 폐수이다. 메틸렌 블루(MB)는 직물, 나일론, 가죽, 목재 염색 및 인쇄용 잉크 생산 등 다양한 산업에서 널리 사용되는 화학물질이다. MB는 눈, 피부, 호흡기, 소화기 질환, 심지어 암까지 유발할 수 있다.

 

고용해성으로 인해 MB를 포함한 염료는 수원을 오염시키고 인간과 생물에 유해한 요인이 된다. 또한 폐수 속 염료는 빛, 열, 산화제에 안정적이기 때문에 제거하기가 매우 어렵다.

 

실제로 흡착, 이온 교환, 응집 등 폐수에서 염료를 처리하기 위한 다양한 방법이 연구되었으며, 그 중 흡착 방법은 경제성, 효율성, 조작의 단순성과 실행 용이성 때문에 많은 장점을 가지고 있다. 연구팀은 카사바 껍질을 선택하여 폐수에서 메틸렌을 흡착하는 소재로 바이오차를 제조하였다.

폐수 처리용 바이오차.

 

25분 만에 폐수 정화

 

카사바 껍질로부터 바이오차 제조 공정

 

연구팀은 카사바 껍질을 이용한 바이오차(BC-S) 제조 공정을 다음과 같이 수행하였다:

 

∆ 카사바 껍질 수집, 세척 및 세절

 

∆ 105°C에서 3시간 동안 건조

 

∆ 600°C에서 1시간 동안 혐기성 열분해

 

∆ 결과적으로 무취의 검은색 BC-S 바이오차 획득

 

BC-S 바이오차의 특성 및 구조

 

분석 결과 BC-S 바이오차는 다음과 같은 주요 특성을 보였다:

 

∆ 평균 크기 10μm의 평평한 입자가 적층된 표면 구조

 

∆ 흡착 중심으로 작용하는 다수의 공동 포함

 

∆ 평평한 입자 사이에 모세관 홈 존재

 

∆ 깊고 교차하는 다수의 공극으로 비표면적 증가(2.66 m²/g)

 

∆ 바이오차의 특징적인 그룹을 포함하는 그래파이트 탄소 결정 구조

 

∆ 화학적 흡착 능력을 향상시키는 다양한 유기 작용기 포함

 

폐수 처리 효율

 

BC-S를 메틸렌 블루(MB) 흡착제로 활용한 연구 결과:

 

∆ MB 농도 15ppm에서 처리 시간은 단 25분

 

∆ 최대 흡착 용량은 5.10 mg MB/g BC-S

 

∆ 연구 결과는 BC-S가 산업적 규모의 색소 폐수 처리를 위한 흡착제로 사용될 수 있음을 증명하였다.

 

의의 및 발전 방향

 

이 연구는 호치민시 산업대학교 과학기술 저널(62호, 2023년)에 게재되었으며 다음과 같은 중요한 의의를 갖는다.

 

∆ 베트남에서 카사바 껍질을 이용한 바이오차로 메틸렌 블루를 흡착하는 최초의 연구

 

∆ 연구팀은 촉매제, 토양 개량제, 전기화학 분야의 전극 등 BC-S의 미래 응용 개발을 목표로 한다.

 

∆ 효과적인 응용을 위해서는 베트남 농촌 환경에 적합한 바이오차 생산 기술 및 장비 개발에 중점을 두어야 한다.

 

https://giaoducthoidai.vn/than-sinh-hoc-xu-ly-nuoc-thai-lam-tu-vo-san-post667909.html