담배꽁초 재활용을 이용한 셀룰로오스 아세테이트 분리막의 제조 및 수용액 내 중금속 제거 효율 조사

Oct 19, 2023

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 20336(2022) 이 기사 인용

1879년 접속

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측정항목 세부정보

본 연구에서는 갓 피운 담배꽁초(FCB)와 피우지 않은 담배 필터(UCF)를 셀룰로오스 아세테이트(CA) 멤브레인으로 재활용하는 방법을 조사했습니다. 두 샘플 모두 7개 담배 브랜드를 조합하여 제조되었으며, N-메틸-2-피롤리돈을 사용하여 각 샘플을 멤브레인으로 재활용하기 위해 상 반전 방법을 사용했습니다. 정삼투 반응기 내 수용액으로부터 크롬, 카드뮴 및 납을 제거하기 위해 제조된 분리막의 효율을 조사하였다. 결과는 두 막 모두 매끄러운 표면과 거대 공극을 가지고 있음을 보여주었습니다. UCF 및 FCB 재활용을 통해 제조된 멤브레인의 플럭스는 각각 14.8 및 13.2 LMH였습니다. UCF 막의 다공성과 역염은 61%와 3.5 gMH인 반면, FCB 막의 다공성과 역염은 58%와 3.9 gMH였습니다. 관찰된 두 멤브레인의 금속 제거 효율은 85~90% 범위였습니다. 그러나 금속 농도를 최대 5배까지 높이면 제거 효율이 약간 감소했습니다(5% 미만).

흡연자가 흡입하는 유해 성분을 줄이기 위해 1950년대에 최초로 필터 담배가 도입되었을 때1, 이러한 유형의 담배는 흡연으로 인한 건강 영향을 통제할 수 있는 것처럼 보였습니다. 필터 담배는 담배 연기에서 유해한 오염 물질을 걸러내는 필터 기능으로 인해 흡연 위험을 줄일 수 있었으며2 오늘날 전 세계적으로 가장 일반적인 담배 사용 형태가 되었습니다3. 그러나 필터 담배는 환경에 심각한 위험을 초래합니다. 흡연 후 쓰레기로 버려지는 경우가 많은 담배꽁초(CB)는 현재 전 세계적으로 많은 공공 장소를 오염시키는 주요 환경 오염 물질로 인식되고 있습니다4. 매년 4조 5천억 개 이상의 CB가 버려지며5 이는 전 세계에서 가장 널리 퍼진 유해 폐기물 중 하나입니다. 더욱이, 버려지는 CB의 수는 전 세계적으로 연간 거의 200만 톤으로 증가할 것으로 예상됩니다6.

수많은 CB 외에도 환경에 분산되는 것도 이 유해 폐기물의 또 다른 위험한 측면입니다. 또한 많은 흡연자들이 CB를 부주의하게 버리기 때문에 이 폐기물은 환경에서 가장 흔한 쓰레기 중 하나로 간주되어 왔습니다7,8,9,10. 결과적으로, 이 폐기물의 관리는 버려진 CB 수집에 드는 높은 비용을 포함하여 심각한 실제적 과제에 직면해 있습니다11. 더욱이 도시 환경과 해변과 같은 공공 장소에서 CB를 수집하기 위한 효율적인 솔루션은 없습니다12. 게다가 CB는 중금속, 독소 등 수천 가지의 화학 성분을 함유하고 있기 때문에 유해 폐기물로 알려져 있습니다. 이러한 유해한 콘텐츠는 종종 환경으로 유출되기 때문에 CB는 환경, 인간 건강 및 지역 유기체에 잠재적인 위협이 됩니다13. 버려진 CB에서 침출되는 화학물질은 토양과 수질 오염을 초래하므로 심각한 문제입니다. 실제로 담배꽁초에서 침출된 니코틴은 1000L의 물을 오염시킬 가능성이 있습니다14. 게다가 CB 침출수는 식물과 동물에게 독성이 있습니다. 문헌 검토에 따르면 CB는 식물 성장을 크게 감소시키고 일부 동물에서는 기관의 정상적인 크기를 변화시킬 수 있는 것으로 나타났습니다15,16. 버려진 CB와 관련된 또 다른 환경 위협은 가축과 야생동물이 섭취할 위험입니다17,18.

따라서 이러한 환경 문제를 해결하기 위해서는 효율적인 솔루션을 찾는 것이 필수적입니다. 그러나 CB 관리와 관련된 또 다른 과제는 매립, 소각 등 기존 폐기물 처리 방법을 사용하는 데 한계가 있다는 점입니다. 언급된 두 가지 기술은 유해 화학물질을 공기, 물, 토양으로 방출할 수 있으므로 CB를 관리하기 위한 적절한 조치로 제안되지 않습니다19. 그러나 벡터 제어를 위해 CB에 갇힌 화학 물질을 추출하는 등 최근 몇 년간 CB 재활용에 대한 고무적인 결과가 나온 수많은 연구가 발표되었습니다. 예를 들어, 이 분야에서는 폐수 처리22, 탄소 흡착제23,24, 벽돌 및 아스팔트25,26, 흡음재27, 종이 펄프28에 사용되는 생물막 캐리어의 생산이 이전 연구에서 조사되었습니다.