KR100380549B1 - 팔라듐/철 이원금속의 투과성 지합성 메탈라이너를 이용한오염물의 정화방법 - Google Patents

팔라듐/철 이원금속의 투과성 지합성 메탈라이너를 이용한오염물의 정화방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반응벽체를 이용한 오염물의 정화방법에 관한 것으로서, 반응물질로서 팔라듐이 코팅된 철을 포함하여 이루어지는 반응벽체를 만들고, 이를 오염물질이 통과하는 장소에 설치하는 단계; 오염물질을 상기 반응벽체를 통과시켜 오염성분을 제거하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, PCBs와 같은 높은 탈염 에너지를 요하는 염화유기물을 효과적으로 제거할 수 있다.

Description

팔라듐/철 이원금속의 투과성 지합성 메탈라이너를 이용한 오염물의 정화방법{A REMEDIATION METHOD OF CONTAMINATED MATERIALS BY USING Pd/Fe BIMETALIC PERMEABLE GEOSYNTHETIC METAL LINER FOR THE REACTIVE WALL}
본 발명은 반응벽체를 이용한 오염물의 정화방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반응벽체를 오염물이 존재하는 지반에 설치하여 지하수오염대(contaminant plume)의 수리학적 흐름을 이용하여 반응매질(reactive media)과 오염물질 사이의 화학적 반응을 유도하여 오염 성분을 제거하는 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 오염물질과 직접 반응하는 팔라듐이 코팅된 철과 흙이 혼합되어 두겹의 부직포(non-woven geotextile) 사이에 샌드위치 식으로 충진되고 상기 부직포에는 파쇄된 부직포를 접착시킨 연성반응벽체(flexible reactive wall)를 이용함으로써 지하수 중의 각종 유기물, 부유물질 등의 오염물질로 인한 반응물질의 충격부하를 저감시키는 동시에 높은 환원능을 요하는 PCBs와 같은 물질에 적용 가능하고 대량생산이 가능한 팔라듐/철 이원금속의 투과성 지합성 메탈라이너(PGML ; permeable geosynthetic metal liner)를 이용한 오염물의 정화방법에 대한 것이다.
본 발명은 환경산업 중 특히, 지반환경 산업에 관련되는 것으로서 예를 들면, 지하 저유시설, 반도체 공장, 공단 밀집지역, 석유화학 단지, 변전시설 등의 산업시설 및 군사시설에 적용 가능한 방법이다.
종래의 오염된 지하수를 정화하기 위한 반응벽체 방법은 반응매질로서 철가루를 이용하고 있었다. 미국특허 제5,575,927호에서는 반응매질로서 철과 황화철(ferrous sulfide)을 상대적인 양으로 조합하여 사용하는 경우, 철이나 황화철(ferrous sulfide)을 단독으로 사용하는 경우 보다 더 빠르게 할로게네이티드 하이드로카본(halogenated hydrocarbon)을 환원시킬 수 있는 방법을 개시하고 있다. 또한, 미국특허 제5,543,059호에서는, 반응매질로서 철 입자의 크기별로 구분된 최소한 3영역(zone)으로 이루어지는 층이 진 철 벽 또는 칼럼(iron wall or column)에 할로게네이티드 하이드로카본(halogenated hydrocarbon)을 포함하는 오염물을 통과시켜 이를 정화하는 방법을 개시하고 있다.
상기와 같은 종래 기술에서 영가철에 의한 오염물질의 제거 기작은 다음과 같은 것으로 밝혀졌다.
즉, 영가철로 존재하는 철(Fe0)은 산화를 일으키며 산화환원쌍(redox couple)을 형성한다. 이는 영가 금속이 전자를 잃으며 양이온 형태로 존재하려는 경향에 의하여 자발적 산화에 의해 발생하는 부식반응과 유사하다. 철의 경우 산화환원전위는 -0.44V이다.
Fe0↔ Fe2++ 2e- 식(1)
도 1은 PCE(C2Cl4, tetrachloroethylene)의 탈염소화 과정과 표준환원전위를 도식화한 도면이다. 도 1에 있어서 B에서 A로 갈 수록 탈염반응은 점점 느려지게 된다. 그리고, C 지점은 산화상태가 가장 높은 지점을 나타내고 D 지점은 산화상태가 가장 낮은 지점을 나타낸다. 도 1에서 예측할 수 있는 바와 같이, 염화유기화합물과 반응 가능한 주요 환원제는 Fe0, Fe2+, H2이다. 부식반응의 경우로는 Fe0로부터 표면에 흡착된 염화 알킬로의 직접적인 전자교환에 의한 것(식(2))이 주종을 이루나, 이외에도 부식반응으로 생성된 Fe2+의 탈염소화(식(3)), H2에 의한 탈염소화(식(4)) 또는 H2O에 의한 Fe의 작용 등이 있다. 이들 환원제에 의한 알킬할라이드(alkyl halide: RX)의 탈염과정은 다음 식과 같이 나타낼 수 있다.
Fe0+ RX + H+↔ Fe2++ RH + X-식(2)
2Fe2++ RX + H+↔ 2Fe3++ RH + X-식(3)
H2+ RX ↔ RH + H++ X-식(4)
도 2는 영가철의 부식에 따른 전자교환에 의한 염화유기물의 환원적 탈염소화를 도식화한 도면이다. 도 2A는 영가철 표면에서 직접적으로 발생하는 영가철에 의한 염화유기화합물의 환원반응을 도식화한 도면이고, 도 2B는 철이온(ferrous ion)에 의해 간접적으로 일어나는 염화유기화합물의 환원반응을, 도 2C는 촉매존재하에서 H2에 의한 염화유기화합물의 환원반응에서의 영가철의 역할을 도식화한 도면이다.
상기와 같은 종래의 반응벽체 방법에서는 과립형의 철가루를 별도의 처리를 하거나 다른 성분물질과 혼합하지 않고 그대로 사용하였으므로, 철가루가 가지고 있는 산화환원능(redox potential)의 한계로 인하여 대상오염물질이 PCE, TCE, DCE, VC, CT 등의 물질에 한정되며, PCBs 등과 같이 높은 산화환원능을 요하는 물질에는 적용할 수 없었다는 문제점이 있었다. 또한, 유기성분이 고농도로 포함되어 있는 오염물에 대하여는 반응물질로 사용되는 철가루의 표면에너지가 부족하여 충분히 탈염을 일으킬 수가 없다는 문제점이 있었다. 또한, 종래의 철가루를 이용한 반응벽체 방법에서는 반응벽체가 노화된 경우 이를 교환하기 위하여는 반응벽체 시스템 전체를 다시 제조하여야 하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 높은 에너지를 요하는 PCBs 등의 물질을 제거할 수 있으며, 반응성에 있어서 종래의 철가루만을 이용한 반응물질 비하여 반응속도가 약 500∼1,000 배 정도로 빨라 종래 PCE, TCE, DCE, VC, CT 등을 제거하기 위하여 기존의 낮은 반응속도를 가지는 철가루로 구성된 반응벽체의 두께를 1m 정도로 크게 하여 적용하던 것을 약 0.02∼0.03m 정도의 두께로 대폭 감소시킬 수 있는 반응물질을 포함하여 이루어지는 반응벽체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 오염물질과 직접 반응하는 팔라듐이 코팅된 철과 흙이 혼합되어 두겹의 부직포(non-woven geotextile) 사이에 샌드위치 식으로 충진되고 상기 부직포에는 파쇄된 부직포를 접착시킨 연성반응벽체(flexible reactive wall)를 이용함으로써 지하수 중의 각종 유기물, 부유물질 등의 오염물질로 인한 반응물질의 충격부하를 저감시키는 동시에 높은 환원능을 요하는 PCBs와 같은 물질에 적용 가능하고 대량생산이 가능한 팔라듐/철 이원금속의 투과성 지합성 메탈라이너(PGML ; permeable geosynthetic metal liner)를 이용한 오염물의 정화방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 PCE의 탈염소화 과정과 표준환원전위를 나타낸 도면이고,
도 2A는 영가철 표면에서 직접적으로 발생하는 영가철에 의한 염화유기화합물의 환원반응을 나타낸 도면이고,
도 2B는 철이온(ferrous ion)에 의해 간접적으로 일어나는 염화유기화합물의 환원반응에서의 영가철의 역할을 나타낸 도면이고,
도 2C는 촉매존재하에서 H2에 의한 염화유기화합물의 환원반응에서의 영가철의 역할을 나타낸 도면,
도 3은 강철울 형(steelwool type) 투과성 지합성 메탈라이너(permeable geosynthetic metal liner)의 일 예를 나타낸 도면이고,
도 4는 철가루 형(iron powder type) 투과성 지합성 메탈라이너의 일 예를 나타낸 도면이고,
도 5는 팔라듐/철 이원금속의 투과성 지합성 메탈라이너 반응벽체에 TCE의 농도가 100μM인 수용액을 통과시킨 경우 TCE의 농도변화를 나타내는 도면이고,
도 6A는 농도가 20ppm인 PCB(arochlor-1254) 화합물(congener)의 각 구성성분에 대한 크로마토그램을 도시한 도면이고,
도 6B 및 도 6C는 전체 PCBs의 농도가 20ppm인 수용액을 실시예2에 따른 팔라듐/철 이원금속 지합성 메탈라이너 반응벽체에 각각 10 및 24시간 동안 통과시킨 후 PCBs 내의 각 구성성분에 대한 크로마토그램을 도시한 도면이고,
도 7은 농도가 100μM인 PCE 수용액를 각각 파라듐이 코팅된 철가루와 일반 철가루를 포함하여 이루어지는 지합성 메탈라이너 반응벽체를 통과시켜 반응을 시킨 경우 PCE의 농도변화를 나타낸 도면이고,
도 8은 농도가 100μM인 TCE 수용액를 각각 파라듐이 코팅된 철가루와 일반 철가루를 포함하여 이루어지는 지합성 메탈라이너 반응벽체를 통과시켜 반응을 시킨 경우 PCE의 농도변화를 나타낸 도면이고,
도 9는 초기농도 20mg/l인 암모니아 수용액을 고로슬래그와 평형시킨 경우 수용액 중의 암모니아의 농도변화를 나타낸 도면이고,
도 10은 초기농도 500mg/l인 인산염 수용액을 고로슬래그와 평형시킨 경우 수용액 중의 인산염의 농도변화를 나타낸 도면이다.
본 발명의 팔라듐/철 이원금속의 투과성 지합성 메탈라이너(permeable geosynthetic metal liner)를 이용한 오염물의 정화방법은 오염물질과 직접 반응하는 팔라듐이 코팅된 철 및 흙을 혼합하여 이루어지는 반응벽체 물질의 양측면에 파쇄된 고로 슬래그가 부착된 부직포(non-woven geotextile)가 접착된 반응벽체인 투과성 지합성 메탈라이너(PGML : permeable geosythetic metal liner)를 만들고, 이를 오염물질이 통과하는 장소에 설치하는 단계; 오염물질을 상기 반응벽체를 통과시켜 오염성분을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 팔라듐/철 이원금속의 투과성 지합성 메탈라이너(permeable geosynthetic metal liner)를 이용한 오염물의 정화방법에 반응물질로서 사용되는 팔라듐/철 이원금속(palladium coated bimetallic iron)에 있어서, 팔라듐(Pd)은 원자량 106.42 amu, 녹는점 1,554.9℃, 끓는점 2,963℃, 20℃에서의 비중이 1,202인 성질을 가지는 금속으로서 자체 부피의 900배에 해당하는 수소가스를 흡수하는 독특한 특성을 가지고 있어, 수소화(hydrogenation) 탈수소화(dehydrogenation) 반응에 매우 유용한 촉매로 사용될 수 있는 물질이다. 본 발명에서도 상기 팔라듐(palladium)은 염화유기물의 환원적 탈염소화 효율을 극대화하기 위한 촉매로서 사용되는 것이다.
상기 팔라듐/철 이원금속(palladium coated bimetallic iron)은 10중량부의 포타슘 헥사클로로팔라데이트(potassium hexachloropallate)(K2PdCl6)와 물 90중량부로 이루어진 용액에 5,000중량부의 철(Fe)을 넣고 오렌지 색이 밝은 노란색으로 변할 때까지 철 표면에 팔라듐이 코팅되도록 하여 제조될 수 있다. 식(I)은 팔라듐이 철 표면에 코팅되는 반응을 식으로 표시한 것이다.
PdCl6-+ 2Fe0→ Pd0+ 2Fe2++ Cl-식(I)
상기와 같은 팔라듐/철 이원금속을 사용함으로써, 기존의 영가철이 오염물질과 1차 반응을 보이는데 비하여 본 발명의 팔라듐/철 이원금속은 0차 반응을 보이기 때문에 기존의 영가철을 사용한 방법에 비하여 그 반응성이 500∼1,000배 정도 빠른 특성을 갖게 된다.
본 발명의 팔라듐/철 이원금속의 투과성 지합성 메탈라이너(permeable geosynthetic metal liner)를 이용한 오염물의 정화방법에 사용되는 상기 투과성 지합성 메탈라이너의 일 예는 도 3 및 도 4에 나타낸 바와 같다.
도 3은 강철울 형(steelwool type) 투과성 지합성 메탈라이너의 일 예를 나타낸 도면이다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이 오염물과 직접 반응할 수 있는 팔라듐/철 이원금속의 양측면에 부유물질의 여과를 위한 부직포(non-woven geotextile)(20)를 부착하였다. 여기에서, 상기 부직포(20)는 오염물의 충격부하를 저감시키기 위하여 부착된 것이다. 상기 부직포는 철강산업의 제강과정에서 발생되는 부산물로서 가격이 매우 싸고, 흡착특성이 탁월한 고로슬래그가 파쇄되어 부착되어질 수 있다. 상기 팔라듐/철의 이원금속은 강철울(steelwool)(10)에 팔라듐이 코팅된 것이 사용되었다.
상기 강철울 형을 반응벽체로서 사용하는 경우에는 강철울(10)의 간격이 성기어 오염물이 무반응 상태로 통과할 수 있으므로 강철울(10)에 팔라듐이 코팅된 것과 유사한 반응성을 가지는 철가루(iron powder)에 팔라듐이 코팅된 것을 혼합하여 사용하는 것이 좋다.
도 4는 철가루 형(iron powder type) 투과성 지합성 메탈라이너의 일 예를 나타낸 도면이다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 팔라듐/철의 이원금속은 철가루(30)에 팔라듐이 코팅된 것이 사용되었다.
상기 강철울 형은 오염된 지반이 실트질 및 점토질이 주성분인 경우에 사용하는 것이 지반의 뒤틀림 등에 대한 반응물질의 강도발현을 꾀할 수 있어서 바람직하고, 상기 철가루 형은 오염된 지반이 사질토가 주성분인 경우에 사용하는 것이 바람직하다. 상기에서 강철울 및 철가루 공히 촉매로서 팔라듐이 코팅된 것이다.
상기에서 반응매질의 양측면에 제강/고로 슬래그가 부착된 부직포를 부착하는 이유는 다음과 같다. 즉, 반응매질은 지하수에 존재하는 각종 부유물질, 영양물질, 중금속 등과의 경쟁 및 화학적 침전 등에 의한 상호작용으로 인하여 반응효율이 급격히 떨어질 수 있다. 이러한 부유물질, 영양염류, 중금속의 유입을 사전에 막는 것이 좋다. 따라서, 본 발명에서는 부유물질, 영양염류, 중금속에 대한 흡착 특성이 뛰어난 제강 부산물의 일종인 제강/고로 슬래그가 부착된 부직포를 반응매질의 양측면에 부착시킴으로써, 이들이 시스템 내로 유입되는 경우 팔라듐/철로 이루어진 방응매질에 효율저하를 가져오는 것을 미리 방지하고자 하는 것이다.
도 5 및 도 6은 상기 고로슬래그의 영양염류 흡착 특성을 나타내는 도면이다. 도 5 및 도 6은 폭 1m, 길이 0.5m, 두께 0.005m로된 고로슬래그를 농도가 20mg/l인 암모니아 수용액 1리터와 농도가 500mg/l인 인산염 수용액 1리터에 각각 담그고 암모니아와 인산염의 고로슬래그에서의 흡착을 통하여 변화되는 용액중의암모니아 및 인산염의 농도변화를 측정한 것이다. 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 암모니아의 경우 72시간 경과 후 용액 중의 암모니아의 농도는 16.35mg/l로 변화되어 18.2%의 암모니아가 흡착 제거되었음을 알 수 있다. 또한, 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 인산염의 경우 72시간 경과 후 용액 중의 인산염의 농도는 316mg/l로 변화되어 36.8%의 인산염이 흡착 제거되었음을 알 수 있다. 이와 같이, 고로 슬래그는 뛰어난 부유물질, 영양염류, 중금속에 대한 흡착 특성을 보유하고 있어 이들의 흡착제거에 적합하다.
본 발명에 사용되는 팔라듐이 코팅된 나노미터 수준의 철의 함량은 전체 반응물질의 중량의 약 5∼20중량% 범위 내인 것이 바람직하다. 가장 바람직하기로 약 20중량%이다. 20중량% 보다 높은 함량에서는 반응벽체의 투과성이 낮아져 오염물의 정화효율이 떨어지게 되면, 5 중량%보다 낮은 함량에서는 상기 팔라듐이 코팅된 철의 양이 적어 역시 정화효율이 현저하게 떨어지게 된다.
상기와 같은 팔라듐/철 이원금속의 투과성 지합성 메탈라이너 반응벽체는 어떤 일정한 모양으로 만들 수 있으므로 규격화하여 대량생산이 가능하게 되는 동시에 현장 설치가 용이하게 된다.
본 발명에 적용될 수 있는 오염물질은 PCE(C2Cl4, tetrachloroethylene), TCE(C2HCl3, trichoroethylene), DCE(C2H2Cl2, dichloroethylene), VC(C2H3Cl, vinyl chloride), CT(CCl4, carbon tetrachloride), 트리클로로메탄(CHCl3:trichloromethane), 디클로로메탄(CH2Cl2:dichloromethane), 클로로메탄(CH3Cl:chloromethane), PCBs(polychlorinated biphenyls) 등의 유기화합물이 포함될 수 있으며, 이들은 영가철(Fe0)의 부식과정에서 발생되는 전자에 의하여 Cl-이온을 H+이온으로 대체시키는 환원적 탈염소화(reductive dehalogenation) 반응을 통하여 에탄(ethane)과 같은 무해물질로 변환된다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들 실시예들은 예시적인 목적일뿐 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
본 실시예에서는 팔라듐/철 이원금속의 투과성 지합성 메탈라이너(permeable geosynthetic metal liner) 반응벽체를 폭 1m, 길이 0.5m, 두께 0.005m로 설치하고, 여기에 TCE의 농도가 100μM 및 PCBs(Arochlor-1254)의 농도가 20ppm인 수용액을 통과시켰다. 통과된 수용액의 TCE 및 PCBs의 농도를 시간에 따라 측정함으로써 본 발명의 팔라듐/철 이원금속을 이용한 오염물의 정화방법의 효과를 평가하였다. 본 실시예에 사용된 메탈라이너에 포함된 팔라듐이 코팅된 철의 함량은 전체 반응물질의 중량에 대하여 20중량%이었다.
상기 팔라듐/철 이원금속의 투과성 지합성 메탈라이너(permeable geosynthetic metal liner) 반응벽체의 투수계수는 측정결과 5cm/hr, 동수구배는 1/50이었다. 이로부터 산정된 다시(darcy) 유속은 0.1cm/hr로 나타났으며, 본 발명의 평가에 사용되는 지하수의 최대유속은 상기 다시 유속값의 10배에 해당하는1cm/hr로 설정하였다.
본 실시예에 사용된 TCE의 농도가 100μM인 수용액은 휘발에 대한 영향을 피하기 위하여 0.6l의 테플론 가스 샘플링 백(teflon gas sampling bag)(Alltech, 미국)을 이용하여 제로 헤드스페이스(zero headspace) 상태에서 12시간 동안 교반하여 제조되었다. 또한, PCBs의 농도가 20mg/l인 수용액은 1ml의 Arochlor-1254(100㎍/1ml 메탄올, ACS reagent, 99.8+, Sigma, 미국)와 20% 메탄올 수용액 3ml를 혼합한 후, Arochlor-1254가 충분히 용해되도록 하기 위하여 아세톤 1ml(ACS reagent, 99.8%+, Sigma, 미국)를 첨가하였다. 이때의 농도비는 메탄올/물/아세톤 = 1: 3: 1 (v/v/v)이었다.
본 실시예에 사용된 TCE의 농도는 가스 크로마토그래피(gas chromatography)(6890 series, Hewlett Packard Co. 미국)를 사용하여 분석하였다. 가스 크로마토그래피의 분석조건을 표 1에 나타내었다.
표 1. 가스 크로마토그래피 분석조건.
칼럼 HP-5(필름 두께 ; 0.32㎛, 길이 : 30m)
검출기(detector) ECD(electron capture detector)
케리어 가스 질소(분석 : 99.9995%)
가스유속 20psi
검출기 온도 280℃
칼럼 온도 40℃에서 1분,그 후 8℃/min의 속도로 90℃상승,90℃ 에서 2분.
본 실시예에 사용된 Arochlor-1254의 농도는 헥산(reagent grade, showa chem., 일본) 추출법에 따라 가스 크로마토그래피(gas chromatography)(6890 series, Hewlett Packard Co. 미국)를 사용하여 분석하였다. 이때 가스 크로마토그래피에 사용된 분석조건은 표 2에 나타내었다.
표 2. 가스 크로마토그래피 분석조건.
칼럼 HP-5(가교된 5% PH ME 실록산)길이: 30m직경: 0.32mm필름 두께 ; 0.25㎛모드: 일정한 유속초기유속: 1.0 ml/min
검출기(detector) ECD(electron capture detector)온도: 375℃
케리어 가스 질소(분석 : 99.9995%)
주입구(inlet) 모드: 스플릿(split)초기온도: 240℃압력: 12.56 psi세척유속(purge flow): 20 ml/min세척시간: 0.8min가스세이버(gas saver): 켜짐세이버 유속: 20 ml/min세이버시간: 20ml
오븐 온도 80℃에서 0분그 후 160℃까지 10℃/min으로 상승,그 후 260℃까지 2℃/min으로 상승,그 후 280℃까지 5℃/min으로 상승, 2분 동안 유지.
본 실시예에 따른 결과는 도 7 및 도 8에 나타내었다. 도 7은 팔라듐/철 이원금속의 투과성 지합성 메탈라이너 반응벽체에 TCE의 농도가 100μM인 수용액을 통과시킨 경우 TCE의 농도변화를 나타내는 도면이다. 도 7에서 볼 수 있는 바와 같이, 강철울형이 철가루형의 경우보다 효율이 떨어지는 것으로 나타났다. 이는 본 발명에 의한 유기오염물의 정화기작은 반응물질의 크기와 매우 밀접한 관계를 가지고 있음을 직접적으로 확인해 주는 것이다.
도 8은 팔라듐/철 이원금속의 투과성 지합성 메탈라이너 반응벽체에 PCBs의 농도가 20ppm인 수용액을 통과시킨 경우 PCBs의 농도변화를 나타내는 도면이다. 도 8에서 볼 수 있는 바와 같이, PCBs의 상대적 피크 면적, 즉 수용액 중에 잔존하는 PCBs의 농도는 24시간이 경과하였을 경우 대부분의 PCBs가 제거되었음을 알 수 있었다. 도 8에서 8A는 농도가 20ppm인 PCB(arochlor-1254) 화합물(congener)의 각각의 단일성분에 대한 피크면적을 도시한 도면이다. 도 8B 및 도 8C는 전체 PCBs의 농도가 20ppm인 수용액을 팔라듐/철 이원금속 지합성 메탈라이너 반응벽체에 각각 10 및 24시간 동안 통과시킨 후 PCBs 내의 각각의 단일 성분의 피크면적을 도시한 도면이다.
실시예 2
본 실시예에서는 팔라듐이 코팅된 철을 반응물질로 이용하는 팔라듐/철 이원금속의 투과성 지합성 메탈라이너와 영가형 철을 반응물질로 이용하는 영가형 철 투과성 지합성 메탈라이너의 반응속도를 비교하기 위한 것이다.
이를 위하여 영가형 철가루를 포함하여 이루어지는 영가형 철 투과성 지합성 메탈라이너와 팔라듐/철 이원금속의 투과성 지합성 메탈라이너를 만들고 각각의 메탈라이너에 대하여 각각 농도가 100μM인 PCE 및 TCE를 통과시키고 일정한 시간 후에 그 농도를 측정하였다.
본 실시예에서는 영가형 철가루를 포함하여 이루어지는 영가형 철 투과성 지합성 메탈라이너가 사용된 것을 제외한 다른 조건은 실시예 1과 동일하였다.
본 실시예에 따른 결과는 도 9 및 도 10에 나타내었다. 도 9는 본 실시예에 따른 PCE의 농도변화를 도시한 도면이고, 도 10은 본 실시예에 따른 TCE의 농도변화를 도시한 도면이다.
본 9에 따르면 초기 농도가 100μM인 PCE에 대하여 영가형 철의 투과성 지합성 메탈라이너의 경우 50시간 경과 후 28.8μM을 보여 71.2%의 제거율을 보인 반면, 팔라듐/철 이원금속의 투과성 지합성 메탈라이너의 경우에는 0.017시간 경과 후 5.44μM을 보임으로써 94.5%의 제거율을 보였다.
도 10에 따르면 초기 농도가 100μM인 TCE에 대하여 영가형 철의 투과성 지합성 메탈라이너의 경우 50시간 경과 후 38.1μM을 보여 61.9%의 제거율을 보인 반면, 팔라듐/철 이원금속의 투과성 지합성 메탈라이너의 경우에는 0.017시간 경과 후 4.6μM을 보임으로써 95.4%의 제거율을 보였다.
본 발명에 따르면, 팔라듐이 코팅된 철을 반응물질로 사용함으로써 종래의 흙, 영가철만을 포함하여 이루어지는 반응벽체 시스템에 비하여 반응성이 크므로 반응벽체의 두께를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, PCBs와 같은 높은 탈염 에너지를 요하는 염화유기물을 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 팔라듐/철 이원금속의 투과성 지합성 메탈라이너 반응벽체는 어떤 정형적인 모양을 가지고 있으므로 규격화 및 대량 생산이 가능하하게 되어 현장설치가 용이하게 된다.

Claims (4)

  1. 오염물질과 직접 반응하는 팔라듐이 코팅된 철 및 흙을 혼합하여 이루어지는 반응벽체 물질의 양측면에 파쇄된 고로슬래그가 부착된 부직포(non-woven geotextile)가 접착된 반응벽체인 투과성 지합성 메탈라이너(PGML : permeable geosythetic metal liner)를 만들고, 이를 오염물질이 통과하는 장소에 설치하는 단계; 오염물질을 상기 반응벽체를 통과시켜 오염성분을 제거하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 팔라듐/철 이원금속의 투과성 지합성 메탈라이너를 이용한 오염물의 정화방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 팔라듐이 코팅된 철은 10중량부의 포타슘 헥사클로로팔라데이트(potassium hexachloropallate)(K2PdCl6)와 물 90중량부로 이루어진 용액에 5,000중량부의 철(Fe)을 넣고 오렌지 색이 밝은 노란색으로 변할 때까지 철 표면에 팔라듐이 코팅되도록 하여 제조되는 것을 특징으로 하는 팔라듐/철 이원금속의 투과성 지합성 메탈 라이너를 이용한 오염물의 정화방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 팔라듐이 코팅된 철은 철가루에 팔라듐이 코팅된 것 또는 철가루에 팔라듐이 코팅된 것과 강철울(steelwool type)에 팔라듐이 코팅된 것의 혼합물인 것을 특징으로 하는 팔라듐/철 이원금속의 투과성 지합성 메탈 라이너를 이용한 오염물의 정화방법.
  4. 팔라듐이 코팅된 철의 양측면에 고로 슬래그가 접착된 부직포가 부착된 투과성 지합성 메탈라이너 반응벽체.
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