계면활성제를 이용한 토양에서의 유기오염물질의 고정화 방안에 관한 연구

Abstract

최근 지표수의 수질 저하로 인하여 수원 개발과 보전에 대한 관심이 커지면서 토양의 중요성 역시 점차 증가하고 있으나 오염에 대한 적절한 보호가 이루어지지 못하였고, 최근에는 여러 가지 유기 화학 물질들에 의해 토양이 손상되고 있는 실정이다. 이러한 유기 화학 물질이 유출되면 주변 환경의 조건에 따라 지하에 축적되고 오랜 기간에 걸쳐 지하수의 오염원으로 작용하게 되므로 오염된 토양을 복원시키기 위한 많은 노력이 이루어져 왔다. 그러나 토양 오염은 그 범위와 정도를 정확하게 측정하기가 어렵고 처리 방법 또한 제한적이기 때문에 발생하기 이전에 미리 대비하는 방법으로서 계면활성제를 이용한 고정화 지역 설정이 경제적 비용과 처리기간을 감소시키는 방법이 될 것이다. 이 방법은 계면활성제가 수중에 첨가되었을 때 micelle을 형성하고 이 micelle이 유기 오염 물질을 용해시킬 수 있는 유기성 pseudophase로 작용할 수 있다는 사실에 그 기본 원리를 두고 있다. 기존에 사용해왔던 계면활성제의 경우 한 분자 내에 친수성 부분과 소수성 부분이 각각 한 개씩 존재하는 것이었는데 이러한 분자 두 개를 spacer로 연결하여 한 분자 내에 친수성 부분과 소수성 부분이 각각 두 개씩 있는 쌍등이형 계면활성제가 개발되었다. 새로운 쌍둥이형 계면활성제의 경우 기존의 것보다 토양으로의 흡착 정도와 오염 물질에 대한 제거율이 높다는 연구 결과에 근거하여 본 연구에서는 이 계면활성제를 사용하여 오염 물질의 제거를 살펴 보았다. 본 연구에서는 DADS와 MADS를 사용하였다. 이중 DADS는 쌍둥이형 계면활성제로 알려진 것으로 한 분자 내에 친수성 head 부분과 소수성 alkyl chain을 각각 두 개씩 갖는다. 계면활성제의 흡착질로 토양 입자를 대신할 산화 알루미늄과 유기 오염 물질로서 나프탈렌을 선택하여 실험하였다. 산화 알루미늄과의 흡착을 살펴본 실험 결과 쌍둥이형 계면활성제인 DADS가 MADS보다 높은 효율을 보였으며, 같은 종류 내에서는 소수성 alkyl chain 길이가 긴 경우 더 높은 효율을 나타내었다. 나프탈렌의 등온흡착선은 직선 형태를 보여 partition이 주요 기작임을 알 수 있었다. 흡착 실험 결과와 마찬가지로 나프탈렌의 제거율 역시 쌍둥이형 계면활성제가 MADS보다 높은 효율을 보였고 alkyl chain이 긴경우 더 높은 제거율을 나타내었다. 이러한 결과로 보아 유기 오염 물질이 계면활성제로 처리된 토양 입자로 흡착될 때 소수성 alkyl chain의 길이도 중요한 역할을 한다는 것을 알 수 있었다. 연속적인 흐름에서 계면활성제는 최대 흡착량에 도달하였으나 총극수가 줄어들수록 나프탈렌의 제거 효율은 감소하였다. 따라서 고정화 지역을 설정할 때 주변조건에 따라 유기 오염 물질의 제거 효율이 변동될 가능성을 시사하였으며 앞으로는 이러한 부분에 대한 연구가 더 이루어져야 할 것이다. ; Nowadays, soil is getting contaminated by various organic chemicals Organic chemicals released into soil cause subsurface contamination over a long period. So, efforts have been practiced to remediation-contaminated soil. However, it would be better to set an immobilization zone using surfactants in advance before contamination. The method is based on the fact that surfactants in water form micelle, which acts as an organic pseudophase for the solubiliztion of organic contaminants. Recently a new class of surfactant, named Gemini surfactant, has been synthesized by linking two conventional surfactants, which have a hydrophilic, and a hydrophobic moiety in the soil but also in removal of organic chemicals. This study was performed to examine the removal of organics using Gemini surfactants. The surfactants used in this research were two-dialkylated disulinated biphenyl oxide (DADS) with 10 (dads-10) or 12 (DADS-12) carbons in each of the two hydrophobic alkyl chains and two-monoalkylated disulfonated biphenyl oxide (DADS) with 10 (dads-10) or 12 (DADS-12) carbons in the single hydrophobic alkyl chain. DADS are known as Gemini surfactant, which has one hydrophobic alkyl chain and two hydrophilic heads in one molecule. Aluminum oxide was selected as a sorbet of surfactant and naphthalene as an organic contaminant. In the adsorption of surfactants onto aluminum oxide, DADS showed a better result than MADS. The longer the hydrophobic alkyl chain, the more the amount adsorbed for same kind of surfactant. Adsorption of naphthalene onto surfactant-coated aluminum oxide showed a linear trend, which means the major process, was partition. Adsorption of naphthalene showed a trend similar to adsorption of surfactants onto aluminum oxide. Surfactants with longer alkyl chain were more effective. So the length of hydrophobic alkyl chain of a surfactant is an important factor in adsorption of an organic contaminant onto soil particle. Although the amount of naphthalene adsorbed reached a maximum value in the continuous flow experiment, the effectiveness of naphthalene removal became poorer as the pore water decreased. This would mean that the organic removal efficiency would change depending on the environmental condition of the immobilization zone. Further studies are recommended for this area.