Flotation of Mineral and Dyes:

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1 Flotation of Mineral and Dyes:
A Laboratory Experiment for Separation Method Molecular Hitchhikers 화학교육과 정수빈 화학교육과 홍지희 J. Chem. Educ. 2016, 93, 708−712 March 4,2016

2 01 02 03 04 05 06 07 Abstract Background Experiment Hazard
Result & Discussion 05 Conclusion 06 Reference 07

3 01 Abstract 물질의 분리 방법으로서의 부유선별은 광범위하게 연구되어 많 은 산업 분야에 적용되고 있습니다.
특히 폐수 처리, 재활용을 위한 중금속 회수, 광업에서의 광물 추 출 등 광범위한 환경 문제를 해결하는 데 사용되고 있습니다. 이 논문은 부유선별이 얼마나 간단한 방법으로 화학 물질과 미네 랄을 분리할 수 있는지 보여줍니다.

4 01 부유선별 Background 부유선별은 분리하고자 하는 고체입자 표면의 물리 화학적 특성 차이를 이용하는 선별법이다.
부유선별은 분리하고자 하는 고체입자 표면의 물리 화학적 특성 차이를 이용하는 선별법이다. 미립의 고체 혼합물이 현탁 되어있는 슬러리 내에 기체를 불어넣 어 미세한 기포를 발생시키면, 소수성 물질은 기포에 부착되어 수면 위로 부유되고 반면에 친수성 물질은 광액 내에 남게 되는 원리를 이용하는 선별법이다.

5 01 Background 부선 이론 광물 입자가 수면으로 부유해 포말층을 이루기 위해서는 먼저 입 자가 기포와 충돌하여 부착하여야 한다. 광물 입자가 기포와 충돌하여 부착되기 위해서는 입자와 기포 사 이의 수막이 파괴되어야 하고, 이는 광물 입자의 표면이 소수성 일 경우에 가능하다. 따라서 부유시킬 입자가 친수성일 경우 먼저 포수제라고 하는 계 면활성제를 이용하여 소수성화 시켜야 한다.

6 01 Background 포수제 포수제는 친수성인 입자 표면을 소수성화 시켜서 광물이 기포에 부착할 수 있도록 도와주는 계면활성제를 의미한다. 표면이 양이온으로 되어있는 입자의 경우 음이온성 포수제를 이용 해야 하고, 표면이 음이온으로 되어있는 입자의 경우 양이온성 포 수제를 이용하여야 한다.

7 01 Background 입자의 표면 특성 침철석 Fe2O3ㆍH2O.

8 01 Background 입자의 표면 특성 메틸렌 블루

9 01 Background 입자의 표면 특성 붉은색 식용색소

10 01 Background 동전기적 특성 확산층 등전위점 고정층

11 01 EXPERIMENT 실험 준비물 - 1L 원통형 유리 용기 - 1L 비커 2개, 1ft 유리 막대
- 1 x 4 ft Tygon 튜빙 1 파스퇴르 피펫 - 에어 펌프와 버블 스톤 - 흡광도 계 또는 UV-vis 분광계 - 바이알의 미세하게 분쇄 된 침철석 - 모래 1 병, 메틸렌 블루 - Allura Red - 빨간색 식품 염료 - Cetyltrimethylammonium bromide, CTAB

12 01 실험1 혼합물에서 침철석(게타이트)의 분리 EXPERIMENT 물 500ml + 10% 주방용세제 1ml
모래 침철석 바이알 물 500ml + 10% 주방용세제 1ml

13 01 실험1 혼합물에서 침철석(게타이트)의 분리 EXPERIMENT 물 500ml + 10% 주방용세제 1ml
2. 묽은 염산이나 묽은 수산화 나트륨을 이용하여 침철석과 모래의 혼합 용액의 pH를 5내외로 조정한다. 산/염기 물 500ml + 10% 주방용세제 1ml 모래 침철석 바이알

14 01 실험1 혼합물에서 침철석(게타이트)의 분리 EXPERIMENT
3. 혼합 용액에 에어펌프와 버블 스톤을 연결시킨 장치를 실린더 아래에 놓고 펌프를 작동시켜 거품을 발생시킨다.

15 01 실험2 적색 염료에서 메틸렌 블루의 분리 EXPERIMENT 물 500ml
1. 물 500ml를 넣은 비커에 0.5 % 메틸렌 블루 수용액 25 방울 , 약 1 mL의 10 % 주방용 세제 용액 및 약 1.1 % 붉은색 식용색소 3방 울을 500mL의 물이 담긴 1L 비커에 떨어트리고 호일 용기에 넣습 니다. 1mL 주방용 세제 메틸렌 블루 수용액 붉은색 식용색소 물 500ml

16 01 실험2 적색 염료에서 메틸렌 블루의 분리 EXPERIMENT 혼합 용액
2. 완전히 혼합한 후 긴 파스퇴르 피펫을 사용해 샘플을 채취하고, 625nm로 설정된 분광 광도계로 흡광도를 측정해 약 1로 조정한다. 혼합 용액

17 01 실험2 적색 염료에서 메틸렌 블루의 분리 EXPERIMENT
3. 혼합 용액에 에어펌프와 버블 스톤을 연결시킨 장치를 실린더 아래에 놓고 펌프를 작동시켜 거품을 발생시킨다.

18 01 실험2 적색 염료에서 메틸렌 블루의 분리 EXPERIMENT
4. 소량의 혼합물을 긴 파스퇴르 피펫으로 10분 동안 2분 간격으로 회수하여 625nm에서의 흡광도를 측정한다.

19 01 실험2 적색 염료에서 메틸렌 블루의 분리 EXPERIMENT
5. 기포 형성 속도가 느려지면 1ml의 주방용 세제를 첨가하고 버블 링을 5분 동안 반복한 후 마지막 흡광도를 측정한다.

20 01 실험3 메틸렌 블루와 혼합된 식용 색소 분리 EXPERIMENT 물 500ml
1. 물 500ml를 넣은 비커에 cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) 용액 5 mL, % 메틸렌 블루 용액 50 방울을 넣고, 붉은 색 식용 색소용액 10 방울을 넣는다. 5mL CTAB 메틸렌 블루 수용액 붉은색 식용색소 물 500ml

21 01 실험3 메틸렌 블루와 혼합된 식용 색소 분리 EXPERIMENT 혼합 용액
2. 완전히 혼합한 후 긴 파스퇴르 피펫을 사용해 샘플을 채취하고 525nm로 설정된 분광 광도계로 흡광도를 측정해 약 1로 조정한다. 혼합 용액

22 01 실험2 적색 염료에서 메틸렌 블루의 분리 EXPERIMENT
3. 혼합 용액에 에어펌프와 버블 스톤을 연결시킨 장치를 실린더 아래에 놓고 펌프를 작동시켜 거품을 발생시킨다.

23 01 실험3 메틸렌 블루와 혼합된 식용 색소 분리 EXPERIMENT
4. 소량의 혼합물을 긴 파스퇴르 피펫으로 10분 동안 2분 간격으로 회수하여 525nm에서의 흡광도를 측정한다.

24 01 실험2 적색 염료에서 메틸렌 블루의 분리 EXPERIMENT
5. 기포 형성 속도가 느려지면 1ml의 CTAB를 첨가하고 버블링을 5 분 동안 반복한 후 마지막 흡광도를 측정한다.

25 01 HAZARD 모든 실험에서 보안경과 실험복은 항상 착용해야 합니다.
부식성이 있으므로 산과 염기를 묽게 하여 다뤄야 합니다. 상업용 비누는 약간 자극적 일 수 있습니다. 메틸렌 블루와 붉은색 색소 둘 다 염색되기 쉬우므로 주의하여야 합니다. CTAB는 섭취하면 해롭고 고농도일 때 수생 생물에 독성을 띱니다. 전기 펌프를 액체에서 멀리해야 합니다.

26 01 Result & Discussion 실험1. 침철석(게타이트) 분리

27 01 Result & Discussion 실험2 메틸렌 블루 분리 실험3 적색 염료 분리

28 01 Result & Discussion 계면 활성제 묽은 용액 속에서 계면에 흡착하여 그 표면장력을 감소시키는 물질

29 01 Result & Discussion 부유선별에 의한 분리 메커니즘 기본 모델

30 01 실험1 혼합물에서 침철석(게타이트)의 분리 LAS(Linear Alkyl Sulfonate)
Result & Discussion 실험1 혼합물에서 침철석(게타이트)의 분리 LAS(Linear Alkyl Sulfonate) 음이온 계면 활성제의 한 종류

31 01 실험1 혼합물에서 침철석(게타이트)의 분리 pH 5에서 양성자화 침철석(goethite) FeO(OH)
Result & Discussion 실험1 혼합물에서 침철석(게타이트)의 분리 pH 5에서 양성자화 침철석(goethite) FeO(OH)

32 01 Result & Discussion 실험1 혼합물에서 침철석(게타이트)의 분리

33 01 Result & Discussion 실험2 적색 염료에서 메틸렌 블루의 분리

34 01 실험2 적색 염료에서 메틸렌 블루의 분리 LAS(Linear Alkyl Sulfonate)
Result & Discussion 실험2 적색 염료에서 메틸렌 블루의 분리 LAS(Linear Alkyl Sulfonate) 음이온 계면 활성제의 한 종류

35 01 Result & Discussion 실험2 적색 염료에서 메틸렌 블루의 분리

36 01 Result & Discussion 실험2 적색 염료에서 메틸렌 블루의 분리

37 01 Result & Discussion 실험3 메틸렌 블루와 혼합된 식용 색소 분리

38 01 실험3 메틸렌 블루와 혼합된 식용 색소 분리 CTAB (Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide)
Result & Discussion 실험3 메틸렌 블루와 혼합된 식용 색소 분리 CTAB (Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide)

39 01 Result & Discussion 실험3 메틸렌 블루와 혼합된 식용 색소 분리

40 01 Result & Discussion 실험3 메틸렌 블루와 혼합된 식용 색소 분리

41 01 Result & Discussion

42 01 Result & Discussion

43 01 Result & Discussion CTAB (Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide)

44 01 Result & Discussion 염료 분자 간의 수소 결합 존재

45 01 Result & Discussion Allura Red 서서히 붕괴 MB 기하 급수적으로 고갈

46 01 Conclusion 이 실험은 학생들에게 콜로이드와 계면 과학에 대한 기본적인 지식을 제공한다.
이 실험은 학생들에게 콜로이드와 계면 과학에 대한 기본적인 지식을 제공한다. 기본적인 부유 선별 방법에 대한 좋은 소개가 된다. 학생들은 반응기에서 넘쳐나는 화려한 기포의 광경에 흥미를 느꼈다. 학생들은 실험을 통해 환경 및 경제적 이익을 위해 몇 가지 기본적인 화학 작용을 사용할 수 있음을 알게 되었다. 이 실험은 설치하기 쉽고 생활 용품에서 얻을 수 있는 간단한 구성 요소를 사용하며 대부분의 화학 실험실에서 진행할 수 있다.

47 01 Reference 1. Bessel Gebruder. Verfahren zur Reinigung von Graphit. Patentschrift Nr. 42. Klasse 22, des Kaiserlichen Patentamtes, 1877.OpenURL CHUNGBUK NATL UNIV 2. Laine, E. Chemistry as Applied to the Oil Flotation of Copper Ores J. Chem. Educ. 1928, 5 (9) 1084– 1089 DOI: /ed005p1084 [ACS Full Text ACS Full Text]OpenURL CHUNGBUK NATL UNIV 3. Tamburini, F.; Kelly, T.; Weerapana, E.; Byers, J. A. Paper to Plastics: An Interdisciplinary Summer Outreach Project in Sustainability J. Chem. Educ. 2014, 91 (10) 1574– 1579 DOI: /ed400892t [ACS Full Text ACS Full Text], [CAS]OpenURL CHUNGBUK NATL UNIV 4. Thalody, B.; Warr, G. G. Ion Flotation: A Laboratory Experiment Linking Fundamental and Applied Chemistry J. Chem. Educ. 1999, 76 (7) 956– 958 DOI: /ed076p956 [ACS Full Text ACS Full Text], [CAS]OpenURL CHUNGBUK NATL UNIV 5. Venditti, R. A. A Simple Flotation De-Inking Experiment for the Recycling of Paper J. Chem. Educ. 2004, 81 (5) 693 DOI: /ed081p693 [ACS Full Text ACS Full Text], [CAS]OpenURL CHUNGBUK NATL UNIV 6. Feng, B.; Lu, Y.; Feng, Q.; Li, H. Solution Chemistry of Sodium Silicate and Implications for Pyrite Flotation Ind. Eng. Chem. Res. 2012, 51 (37) 12089– DOI: /ie301307a [ACS Full Text ACS Full Text], [CAS]OpenURL CHUNGBUK NATL UNIV 7. Matis, K. A.; Zouboulis, A. I.; Gallios, G. P.; Erwe, T.; Blöcher, C. Application of Flotation for the Separation of Metal-Loaded Zeolites Chemosphere 2004, 55 (1) 65– 72 DOI: /j.chemosphere [CrossRef], [PubMed], [CAS]OpenURL CHUNGBUK NATL UNIV 8. Al-Otoom, A.; Allawzi, M.; Al-Omari, N.; Al-Hsienat, E. Bitumen Recovery from Jordanian Oil Sand by Froth Flotation Using Petroleum Cycles Oil Cuts Energy 2010, 35 (10) 4217– 4225 DOI: /j.energy [CrossRef], [CAS]OpenURL CHUNGBUK NATL UNIV 9. Rubio, J.; Souza, M. L.; Smith, R. W. Overview of Flotation as a Wastewater Treatment Technique Miner. Eng. 2002, 15 (3) 139– 155 DOI: /S (01) [CrossRef], [CAS]OpenURL CHUNGBUK NATL UNIV 10. Lu, K.; Zhang, X.-L.; Zhao, Y.-L.; Wu, Z.-L. Removal of Color from Textile Dyeing Wastewater by Foam Separation J. Hazard. Mater. 2010, 182 (1–3) 928– 932 DOI: /j.jhazmat [CrossRef], [PubMed], [CAS]OpenURL CHUNGBUK NATL UNIV 11. Shent, H.; Pugh, R. J.; Forssberg, E. A Review of Plastics Waste Recycling and the Flotation of Plastics Resour. Conserv. Recycl. 1999, 25 (2) 85– 109 DOI: /S (98) [CrossRef]OpenURL CHUNGBUK NATL UNIV 12. Kipopoulou, A. M.; Zouboulis, A.; Samara, C.; Kouimtzis, T. The Fate of Lindane in the Conventional Activated Sludge Treatment Process Chemosphere 2004, 55 (1) 81– 91 DOI: /j.chemosphere [CrossRef], [PubMed], [CAS]OpenURL CHUNGBUK NATL UNIV 13. Coward, T.; Lee, J. G. M.; Caldwell, G. S. Harvesting Microalgae by CTAB-Aided Foam Flotation Increases Lipid Recovery and Improves Fatty Acid Methyl Ester Characteristics Biomass Bioenergy 2014, 67, 354– 362 DOI: /j.biombioe [CrossRef], [CAS]OpenURL CHUNGBUK NATL UNIV 14. El-Gohary, F.; Tawfik, A.; Mahmoud, U. Comparative Study between Chemical Coagulation/precipitation (C/P) versus Coagulation/dissolved Air Flotation (C/DAF) for Pre-Treatment of Personal Care Products (PCPs) Wastewater Desalination 2010, 252 (1–3) 106– 112 DOI: /j.desal [CrossRef], [CAS]OpenURL CHUNGBUK NATL UNIV 15. Gharabaghi, M.; Aghazadeh, S. A Review of the Role of Wetting and Spreading Phenomena on the Flotation Practice Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 2014, 19 (4) 266– 282 DOI: /j.cocis [CrossRef], [CAS]OpenURL CHUNGBUK NATL UNIV 16. Ata, S. Phenomena in the Froth Phase of Flotation — A Review Int. J. Miner. Process. 2012, 102–103, 1– 12 DOI: /j.minpro [CrossRef], [CAS]OpenURL CHUNGBUK NATL UNIV 17. Yoon, R.-H.; Mao, L. Application of Extended DLVO Theory, IV: Derivation of Flotation Rate Equation from First Principles J. Colloid Interface Sci. 1996, 181 (2) 613– 626 DOI: /jcis [CrossRef], [CAS]OpenURL CHUNGBUK NATL UNIV 18. Derjaguin, B.; Landau, L. Theory of the Stability of Strongly Charged Lyophobic Sols and of the Adhesion of Strongly Charged Particles in Solutions of Electrolytes Acta Phys. Chem. USSR 1941, 14, 633OpenURL CHUNGBUK NATL UNIV 19. Verwey, E J W; Overbeek, J Th G. Theory of the Stability of Lyophobic Colloids; Elsevier: Amsterdam, 1948.OpenURL CHUNGBUK NATL UNIV 20. Phoochinda, W.; White, D. A.; Briscoe, B. J. An Algal Removal Using a Combination Of Flocculation and Flotation Processes Environ. Technol. 2004, 25 (12) 1385– 1395 DOI: / [CrossRef], [PubMed], [CAS]OpenURL CHUNGBUK NATL UNIV

48 감사합니다