KR100839037B1 - Method for fabrication of granular zirconium nano-mesostructure and apparatus and method for regeneration of granular zirconium nano-mesostructure and recovery of phosphorus - Google Patents

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Abstract

A method for manufacturing a granular zirconium mesostructure is provided to prevent an outflow of powder by changing a powdered mesostructure into a granular structure, and to solve fundamentally high pressure and short circuit problems within a reactor. A method for manufacturing a granular zirconium mesostructure includes the steps of: (S101) mixing 5-100 w/v% of acrylamide with an accelerator and a cross-linking agent to form a first mixture solution, wherein the accelerator increases a gelation rate of acrylamide, and the cross-linking agent links acrylamides with each other to form a network structure; (S102) mixing the first mixture solution with a powdered zirconium mesostructure to form a second mixture solution; (S103, S104) injecting a reaction initiator into the second mixture solution to form gel, wherein the reaction initiator initiates the transition of acrylamide to gel; and (S105) molding the gel into a predetermined size to form the granular zirconium mesostructure. Further, the accelerator is 3-(dimethylamino)propionitrile.

Description

입상 지르코늄 메조구조체의 제조방법 그리고 입상 지르코늄 메조구조체의 재생과 인의 회수장치 및 방법{Method for fabrication of granular zirconium nano-mesostructure and Apparatus and Method for regeneration of granular zirconium nano-mesostructure and recovery of phosphorus}Method for fabrication of granular zirconium nano-mesostructure and Apparatus and Method for regeneration of granular zirconium nano-mesostructure and recovery of phosphorus}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입상 지르코늄 메조구조체의 제조방법을 설명하기 위한 순서도. 1 is a flow chart for explaining a method for producing a granular zirconium mesostructure according to an embodiment of the present invention.

도 2a는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 입상 지르코늄 메조구조체를 성형하기 위한 주형을 나타낸 사진.Figure 2a is a photograph showing a mold for molding each of the granular zirconium mesostructures according to an embodiment of the present invention.

도 2b는 도 2a의 주형에 의해 성형된 입상 지르코늄 메조구조체의 사진.FIG. 2B is a photograph of a granular zirconium mesostructure formed by the mold of FIG. 2A. FIG.

도 2c는 도 2a의 주형에 의해 성형된 입상 지르코늄 메조구조체의 단면 사진.FIG. 2C is a cross-sectional photograph of a granular zirconium mesostructure formed by the mold of FIG. 2A. FIG.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 입상 지르코늄 메조구조체의 pH에 의한 영향을 나타낸 그래프.Figure 3 is a graph showing the effect of the pH of the granular zirconium mesostructure prepared according to an embodiment of the present invention.

도 4는 아크릴아미드에 고정화되는 분말 지르코늄 메조구조체의 함량에 따른 유사 2차속도식을 나타낸 그래프.Figure 4 is a graph showing a pseudo second-order equation according to the content of the powder zirconium mesostructures immobilized in acrylamide.

도 5는 아크릴아미드에 고정화되는 분말 지르코늄 메조구조체의 함량에 따른 입상 지르코늄 메조구조체의 입자 표면을 나타낸 FE-SEM 사진과 EDS를 통한 조성 분석결과를 나타낸 것.5 is a FE-SEM photograph showing the particle surface of the granular zirconium mesostructures according to the content of the powder zirconium mesostructures immobilized on acrylamide and the composition analysis results through EDS.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의해 제조된 입상 지르코늄 메조구조체의 입도분석결과. 6 is a particle size analysis result of the granular zirconium meso structure prepared according to an embodiment of the present invention.

도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입상 지르코늄 메조구조체의 재생방법 및 인의 회수방법을 설명하기 위한 공정도.7 is a process chart for explaining the regeneration method of the granular zirconium meso structure and phosphorus recovery method according to the first embodiment of the present invention.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 입상 지르코늄 메조구조체의 재생방법 및 인의 회수방법에 대한 메카니즘을 도시한 참고도.8A and 8B are reference diagrams showing a mechanism for regenerating a granular zirconium mesostructure and a method for recovering phosphorus according to a second embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학적 입상 지르코늄 메조구조체의 재생 및 인의 회수장치.9 is an apparatus for regeneration and recovery of phosphorus electrochemical granular zirconium mesostructures according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 입상 지르코늄 메조구조체의 제조방법 그리고 입상 지르코늄 메조구조체의 재생과 인의 회수장치 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing granular zirconium mesostructures, and an apparatus and method for regenerating and recovering phosphorus of granular zirconium mesostructures.

수중의 인을 제거하는 주된 방법은 생물학적 제거법, 응집-침전법, 결정법, 흡착법 등이 있고 이러한 방법 가운데 생물학적 방법과 응집-침전법이 넓게 사용되고 있다. 그러나 생물학적 제거법에서는 처리 후의 수질이 수 mg P/L 로 다소 높게 유지되고 처리 효율의 낮은 신뢰성이 문제점으로 거론되고 있다. The main methods for removing phosphorus in water are biological removal, flocculation-precipitation, crystallization, adsorption, etc. Among these methods, biological and flocculation-precipitation are widely used. However, in the biological removal method, the water quality after treatment is kept somewhat high at several mg P / L, and the low reliability of the treatment efficiency is mentioned as a problem.

현재까지 하수처리를 위한 생물학적 영양염류 제거공정들(Biological Nutrient Removal, BNR)은 질소 및 인 방출을 위한 혐기조, 질산화액의 내부 반송과 함께 탈질화를 유도하기 위한 무산소조 및 질산화를 위한 호기조로 구성되는 공통점을 가지고 있으며 공정의 흐름도 차이에 따라 연속흐름식 형태의 A2/O, VIP, MUCT, 5단 바덴포(Bardenpho), 간헐 폭기 등과 같은 공법들이 있다. 그러나, 이러한 공법들은 두 개 이상의 반응조가 직렬로 연결되어 있어 부지 소요면적이 크고 다수의 부대설비가 필요하여 설치 및 유지관리 측면에서 용이하지 않다. To date, Biological Nutrient Removal (BNR) processes for sewage treatment consist of anaerobic tanks for nitrogen and phosphorus release, anoxic tanks to induce denitrification with internal return of nitric oxides, and aerobic tanks for nitrification. There are common methods and methods such as continuous flow type A2 / O, VIP, MUCT, 5-stage Bardenpho, and intermittent aeration depending on the process flow. However, these methods are not easy in terms of installation and maintenance because two or more reactors are connected in series and requires a large site area and requires a large number of auxiliary facilities.

또한, 연속회분식 반응조(Sequencing Batch Reactor)는 단일반응조에서 정해진 시간의 배열에 따라 유입, 반응, 침전, 배출, 휴지 공정이 순차적으로 진행됨에 따라 비교적 소규모 하수 처리시설에 적합하나 상기 공정의 주요설비이며 처리수를 방출하는 역할을 하는 데칸터(Decanter)가 고가라는 단점이 있다. In addition, the sequencing batch reactor (Sequencing Batch Reactor) is suitable for relatively small sewage treatment facilities as the inflow, reaction, precipitation, discharge, and rest processes are sequentially performed in a single reaction tank in accordance with a predetermined time sequence, but is the main equipment of the process. There is a disadvantage that the decanter which serves to discharge the treated water is expensive.

인의 물리화학적 처리방법으로는 응집제를 이용한 응집-침전 처리방법이 공정의 간편성과 높은 효율로 인해 많이 사용되어 왔다. 응집-침전법에서는 인을 저농도까지 제거할 수 있지만 안정적인 처리효율을 달성하기 위해서는 다량의 약품이 필요하여 운영경비가 상승하는 등의 문제가 있다. 그러나, 발생된 폐슬러지의 처리에 많은 비용이 소모되고 그 처분방법에 대하여 아직까지 환경 친화적인 처리대안이 없는 상태이다. As a physicochemical treatment of phosphorus, flocculation-precipitation treatment using a flocculant has been widely used due to the simplicity and high efficiency of the process. In the flocculation-precipitation method, phosphorus may be removed to a low concentration, but a large amount of chemicals are required to achieve stable treatment efficiency, such that the operating cost increases. However, it is expensive to treat the generated waste sludge and there is no environmentally friendly treatment alternative to the disposal method.

이상의 생물학적 제거법 및 응집-침전법은 모두 넓은 설치면적을 필요로 하며 다량의 오니가 발생하는 등의 문제가 있고 또한 제거된 인의 회수-재자원화도 곤란하다. 결정법은 수중의 인을 칼슘하이드록시아파타이트로서 제거하기 때문에 비료로서 이용 가능하지만 복잡한 전처리가 필요하기 때문에 실용화 사례가 적다. The above biological removal method and flocculation-precipitation method all require a large installation area, and a large amount of sludge is generated, and the recovery and recycling of the removed phosphorus is difficult. The crystallization method can be used as a fertilizer because phosphorus in the water is removed as calcium hydroxyapatite, but there are few practical applications because complex pretreatment is required.

한편, 이상의 기술에 비하여 지르코늄 메조구조체에서는 오니 생성도 거의 발생하지 않으며 제거된 인은 재생 자원화가 가능하기 때문에 고도처리-재자원화를 목표로 한 처리법으로 가장 적합하다. 지르코늄 메조구조체는 철 옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 지르코늄 옥사이드와는 다르게 산성뿐만 아니라 알칼리 영역에서도 활성을 나타내기 때문에 추가적인 pH 조절이 필요하지 않아 유지비용이 절감된다. 더욱이 설치면적이 다른 방법에 비하여 감소하고 복잡한 전처리가 필요 없을 뿐 아니라 동시에 유지관리가 비교적 쉽기 때문에 소규모 사업장의 방류수 처리, 소규모 고부하의 하천수 또는 농경배수 등의 처리에 적용할 가능성이 있다. On the other hand, almost no sludge is generated in the zirconium meso structure in comparison with the above technique, and the removed phosphorus is most suitable as a treatment method aimed at highly processing-recycling because the removed phosphorus can be recycled. Unlike iron oxide, aluminum oxide, and zirconium oxide, zirconium mesostructures exhibit activity in the alkaline as well as acidic regions, thus requiring no additional pH adjustment and thus reducing maintenance costs. In addition, the installation area is reduced compared to other methods and does not require complicated pretreatment, and at the same time, it is relatively easy to maintain, so it may be applied to the treatment of effluents in small workplaces, river water or agricultural drainage of small loads.

메조 기공은 마이크로 기공과 매크로 기공 사이의 중간 크기의 기공을 말하는 것으로 2∼50nm의 크기를 갖는다. 메조 기공 구조체는 균일한 크기의 기포배열과 높은 비표면적으로 인해 흡착제로서 광범위하게 사용되어 왔다. 지르코늄은 인에 대하여 높은 친화도(selectivity)를 갖고 있으며 메조크기의 기공을 형성함으로써 반응 비표면적을 기존의 흡착제보다 높게 유지할 수 있어 표면 반응 효율을 향상시킬 수 있다. Mesopores refer to medium pores between micropores and macropores and have a size of 2 to 50 nm. Mesoporous structures have been used extensively as adsorbents because of their uniform sized bubble arrays and high specific surface area. Zirconium has a high affinity (phosphory) for phosphorus and by forming meso-sized pores can maintain the reaction specific surface area higher than conventional adsorbents to improve the surface reaction efficiency.

지르코늄 메조구조체는 인에 대해 높은 흡착용량과 균일한 크기의 기공배열과 비표면적으로 인해 높은 흡착속도를 가진 흡착제임에도 불구하고 분말구조로 인 해 현장에서 사용된 예가 보고되지 않고 있다. 분말구조 지르코늄 메조구조체의 경우 취급이 용이하지 않으며, 운전시 높은 압력이 요구되며 부유물질에 의해 반응기 내에서 한쪽으로만 유입수가 흐르는 편차적인 흐름(preferential flow) 현상이 발생되어 흡착제의 교체주기가 짧아지는 문제가 있다. 또한, 분말구조의 지르코늄 메조구조체의 높은 생산단가는 상업적인 이용을 제한하는 요소로 작용하고 있다. Although zirconium mesostructures are adsorbents with high adsorption rates due to their high adsorption capacity, uniform size of pore arrays and specific surface area for phosphorus, no examples have been used in the field due to their powder structure. Powder structured zirconium mesostructures are not easy to handle, require high pressure during operation, and changeable adsorbents are shortened due to the differential flow phenomenon in which the influent flows only one side in the reactor due to suspended materials. There is a problem. In addition, the high production cost of the zirconium mesostructure of the powder structure acts as a limiting factor for commercial use.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 분말구조의 메조구조체를 입상구조로 바꾸어 분말의 유출을 방지하여 재사용이 가능하게 하며 이를 통해 반응기 내에서의 높은 압력과 단회로 현상 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 입상 지르코늄 메조구조체의 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made to solve the above problems, by changing the meso structure of the powder structure into a granular structure to prevent the outflow of the powder to be reused, thereby solving the problem of high pressure and short circuit in the reactor It is an object of the present invention to provide a method for producing a granular zirconium mesostructure that can be fundamentally solved.

또한, 본 발명은 수중의 인을 흡착한 입상 지르코늄 메조구조체를 물리화학적 또는 전기화학적 방법을 통해 재생하고, 유출된 인을 포함한 유출수는 전기화학 반응을 통해 인산이나 인산칼륨 형태로 재이용할 수 있는 입상 지르코늄 메조구조체의 재생 및 인의 회수장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. In addition, the present invention regenerates the granular zirconium mesostructures that adsorbed phosphorus in water through physicochemical or electrochemical methods, and the effluent including the outflowed phosphorus can be reused in the form of phosphoric acid or potassium phosphate through an electrochemical reaction. It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for regenerating and recovering phosphorus of zirconium mesostructures.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 입상 지르코늄 메조구조체의 제조방법은 5∼100 w/v% 아크릴아미드를 촉진제 및 가교제와 혼합, 교반하여 제 1 혼합액을 형성하는 단계와, 상기 제 1 혼합액 내에 분말 지르코늄 메조구조체를 혼합, 교반하여 제 2 혼합액을 형성하는 단계와, 상기 제 2 혼합액 내에 반응개시제를 주입하여 겔을 형성하는 단계 및 상기 겔을 일정 크기로 성형하여 입상 지르코 늄 메조구조체를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.Method for producing a granular zirconium mesostructure according to the present invention for achieving the above object is a step of mixing and stirring 5 to 100 w / v% acrylamide with a promoter and a crosslinking agent to form a first mixed liquid, the first mixed liquid Mixing and stirring a powdered zirconium mesostructure in the mixture to form a second mixture, injecting a reaction initiator into the second mixture, forming a gel, and molding the gel to a predetermined size to form a granular zirconium mesostructure. Characterized in that it comprises a step of forming.

본 발명에 따른 입상 지르코늄 메조구조체의 재생방법 및 인의 회수방법은 수산화나트륨 수용액, 염화나트륨 수용액, 황산나트륨 수용액 중 어느 하나 또는 이들의 조합된 수용액을 탈착용액으로 하여 인이 흡착된 입상 지르코늄 메조구조체를 반응시켜 흡착된 인을 탈착시키는 것을 특징으로 한다. Regeneration method of the granular zirconium meso structure and phosphorus recovery method according to the present invention by reacting the granular zirconium meso structure in which phosphorus is adsorbed using any one or a combination of aqueous solution of sodium hydroxide solution, sodium chloride solution, sodium sulfate solution as a desorption solution It is characterized by desorbing the adsorbed phosphorus.

본 발명에 따른 입상 지르코늄 메조구조체의 재생 및 인의 회수장치는 음이온 교환막에 의해 공간적으로 분리되는 제 1 반응실과 제 2 반응실을 구비하며, 상기 제 1 반응실에는 인이 흡착된 입상 지르코늄 메조구조체가 구비되고, 상기 제 1 반응실에는 음극이, 상기 제 2 반응실에는 양극이 구비되며, 상기 제 1 반응실 내에는 수산화나트륨 수용액이 순환하고, 상기 제 2 반응실 내에는 인산 수용액이 순환하는 것을 특징으로 한다. The apparatus for regenerating and recovering the granular zirconium mesostructure according to the present invention includes a first reaction chamber and a second reaction chamber that are spatially separated by an anion exchange membrane, and the first reaction chamber includes a granular zirconium meso structure in which phosphorus is adsorbed. And a cathode in the first reaction chamber, an anode in the second reaction chamber, an aqueous sodium hydroxide solution circulates in the first reaction chamber, and an aqueous phosphate solution circulates in the second reaction chamber. It features.

또한, 본 발명에 따른 입상 지르코늄 메조구조체의 재생 및 인의 회수장치는 일정 거리 이격되어 배치된 음이온 교환막 및 양이온 교환막에 의해 제 1, 제 2 및 제 3 반응실의 공간이 순차적으로 정의되며, 상기 제 1 반응실에는 인이 흡착된 입상 지르코늄 메조구조체가 구비되고, 상기 제 1 반응실에는 음극이, 상기 제 3 반응실에는 양극이 구비되며, 상기 제 1 반응실 내에는 수산화나트륨 수용액이 순환하고, 상기 제 2 반응실 내에는 인산 수용액이 순환하며, 상기 제 3 반응실 내에는 황산 수용액이 순환하는 것을 특징으로 한다. In addition, in the regeneration and recovery of phosphorus of the granular zirconium meso structure according to the present invention, the spaces of the first, second and third reaction chambers are sequentially defined by an anion exchange membrane and a cation exchange membrane disposed at a predetermined distance. The first reaction chamber is provided with a granular zirconium meso structure in which phosphorus is adsorbed, the first reaction chamber is provided with a cathode, the third reaction chamber is equipped with an anode, and the aqueous sodium hydroxide solution is circulated in the first reaction chamber, An aqueous solution of phosphoric acid circulates in the second reaction chamber, and an aqueous sulfuric acid solution circulates in the third reaction chamber.

그리고, 본 발명에 따른 입상 지르코늄 메조구조체의 재생 및 인 회수장치를 이용한 입상 지르코늄 메조구조체의 재생 및 인 회수방법은 상기 음극에서 발생하 는 수산화 이온 및 수산화나트륨에서 분리된 수산화 이온에 의해 상기 입상 지르코늄 메조구조체로부터 인 이온이 탈착되고, 탈착된 인 이온은 상기 음이온 교환막을 통과한 후 상기 양극에서 발생된 수소 이온과 반응하여 인산을 형성하는 것을 특징으로 한다. In addition, the regeneration and phosphorus recovery method of the granular zirconium meso structure using the regeneration of the granular zirconium meso structure and the phosphorus recovery device according to the present invention is the granular zirconium meso by the hydroxide ions generated from the cathode and the hydroxide ions separated from sodium hydroxide Phosphorus ions are desorbed from the structure, and the desorbed phosphorus ions pass through the anion exchange membrane and react with the hydrogen ions generated at the anode to form phosphoric acid.

또한, 본 발명에 따른 입상 지르코늄 메조구조체의 재생 및 인 회수장치를 이용한 입상 지르코늄 메조구조체의 재생 및 인 회수방법은 상기 음극에서 발생하는 수산화 이온 및 수산화나트륨에서 분리된 수산화 이온에 의해 상기 입상 지르코늄 메조구조체로부터 인 이온이 탈착되고, 탈착된 인 이온은 상기 음이온 교환막을 통과한 후 상기 양극에서 발생된 수소 이온 및 황산에서 분리된 수소 이온과 반응하여 인산을 형성하는 것을 특징으로 한다. In addition, the regeneration and phosphorus recovery method of the granular zirconium meso structure using the regeneration of the granular zirconium meso structure and the phosphorus recovery device according to the present invention is the granular zirconium meso by the hydroxide ions generated from the cathode and the hydroxide ions separated from sodium hydroxide Phosphorus ions are desorbed from the structure, and the desorbed phosphorus ions pass through the anion exchange membrane and react with hydrogen ions generated at the anode and hydrogen ions separated from sulfuric acid to form phosphoric acid.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 입상 지르코늄 메조구조체의 제조방법, 재생방법 및 인의 회수방법을 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입상 지르코늄 메조구조체의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다. Hereinafter, a manufacturing method, a regenerating method, and a phosphorus recovery method of the granular zirconium meso structure according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a granular zirconium mesostructure according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 입상 지르코늄 메조구조체의 제조방법은 도 1에 도시한 바와 같은 과정으로 진행된다. The method of manufacturing a granular zirconium mesostructure according to an embodiment of the present invention is carried out in the process as shown in FIG.

먼저, 5∼100 w/v% 아크릴아미드(acrylamide)에 촉진제(promoter)및 가교제를 혼합하고 혼합된 용액을 1시간 이상 충분하게 교반시킨다(S101). 여기서, 상기 촉진제로는 3-디메틸아미노프로피오니트릴(3-(dimethylamino)propionitrile)이 0.5 ∼5.0 w/v%로 사용되고, 가교제(crosslinker)로서는 메틸렌비스아크릴아미드(NN'-methylene-bis-acrylamide)가 0.5∼5.0 w/v% 사용될 수 있다. 또한, 상기 아크릴아미드는 90 w/v%가 바람직하다. First, a promoter and a crosslinking agent are mixed in 5 to 100 w / v% acrylamide, and the mixed solution is sufficiently stirred for 1 hour or more (S101). Here, as the accelerator, 3-dimethylaminopropionitrile (3- (dimethylamino) propionitrile) is used at 0.5 to 5.0 w / v%, and as a crosslinker, methylenebisacrylamide (NN'-methylene-bis-acrylamide) is used. ) May be used from 0.5 to 5.0 w / v%. In addition, the acrylamide is preferably 90 w / v%.

이어, 상기 아크릴아미드, 촉진제 및 가교제가 혼합, 교반된 용액 내에 분말 지르코늄 메조구조체 10∼200 w/v%를 혼합하고 이를 교반시킨다(S102). 그런 다음, 반응개시제(initiator)를 주입하여 고분자 겔(gel)을 형성한다(S103)(S104). 이 때, 상기 반응개시제로는 과황산칼륨(potassium persulfate) 5 w/v%가 사용될 수 있다. Subsequently, 10 to 200 w / v% of the powdered zirconium meso structure is mixed into the solution in which the acrylamide, the accelerator and the crosslinking agent are mixed and stirred (S102). Then, by injecting a reaction initiator (initiator) to form a polymer gel (gel) (S103) (S104). In this case, 5 w / v% of potassium persulfate may be used as the reaction initiator.

최종적으로, 상기 겔(gel)을 소정 크기를 갖는 입상 지르코늄 메조구조체로 성형하면 본 발명의 일 실시예에 따른 입상 지르코늄 메조구조체의 제조는 완료된다(S105). 상기 겔(gel)의 성형은 도 2a에 도시한 바와 같은 주형(mold)을 이용할 수 있으며, 상기 성형된 입상 지르코늄 메조구조체의 크기는 다양하게 변형, 실시할 수 있으나 일 실시예로 1∼7mm로 제조할 수 있다. 도 2b는 도 2a의 주형을 이용하여 성형된 입상 지르코늄 메조구조체를 나타낸 사진이며, 도 2c는 도 2b의 입상 지르코늄 메조구조체의 단면을 나타낸 것이다. Finally, when the gel is formed into a granular zirconium meso structure having a predetermined size, the preparation of the granular zirconium meso structure according to an embodiment of the present invention is completed (S105). Molding of the gel (gel) may use a mold (mold) as shown in Figure 2a, the size of the molded granular zirconium meso structure can be modified and carried out in various ways, but in one embodiment to 1 to 7mm It can manufacture. FIG. 2B is a photograph showing a granular zirconium mesostructure formed by using the mold of FIG. 2A, and FIG. 2C is a cross-sectional view of the granular zirconium mesostructure of FIG. 2B.

한편, 이상의 방법을 통해 제조된 입상 지르코늄 메조구조체의 물리화학적 특성 및 인 제거 특성을 살펴보면 다음과 같다. On the other hand, the physicochemical and phosphorus removal characteristics of the granular zirconium mesostructures prepared by the above method are as follows.

먼저, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 입상 지르코늄 메조구조체의 pH에 의한 영향을 살펴보면 다음과 같다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 입 상 지르코늄 메조구조체의 pH에 의한 영향을 나타낸 그래프이다. 도 3의 실험은, 20℃의 온도 하에서 1000 ppm PO4 3-에 0.7g의 입상 지르코늄 메조구조체를 각 pH 농도별로 24시간 동안 반응시키는 조건으로 진행되었다. First, look at the effect of the pH of the granular zirconium mesostructure prepared according to an embodiment of the present invention as follows. Figure 3 is a graph showing the effect of the pH of the granular zirconium mesostructure prepared according to an embodiment of the present invention. In the experiment of FIG. 3, 0.7 g of a granular zirconium mesostructure was reacted with 1000 ppm PO 4 3 − at a temperature of 20 ° C. for 24 hours at each pH concentration.

실험 결과, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 입상 지르코늄 메조구조체와 반응한 인(P) 이온의 pH에 대한 영향에서 분배계수 K d (K d = M ZM / M S )는 pH 2∼11 사이에서 평형농도에 독립함수인 것으로 측정되었다. 여기서, M ZM M S 는 각각 입상 지르코늄 메조구조체 1g당 이온 교환된 인 이온의 양과 용액 1mL당 잔존하는 인 이온의 양을 일컫는다. pH 12에서는 당량농도로 환산하면 0.01N이며 인 함유 용액 1000ppm은 0.0035N이기 때문에 농도차에 의해 입상 지르코늄 설페이트 화합물이 인 이온이 아닌 수산화 이온과 치환하였기 때문에 분배계수가 감소한 것으로 판단된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 입상 지르코늄 메조구조체는 철 옥사이드나 알루미늄 옥사이드와 같은 금속 흡착제와는 달리 산성 및 알칼리 조건에서도 활성을 나타내는 흡착제로 판명되었다. 참고로, 산성 조건에서만 활성을 나타내는 금속 흡착제의 경우 알칼리 조건에서는 산성 용액을 첨가해야 하기 때문에 부가적인 유지관리 비용이 발생하는 문제와 함께 부대시설 증설로 인해 현장에서의 사용이 어려운 단점이 있으나, 본 발명의 경우 메조구조체의 투입량에 따라 pH 전 범위에서 사용이 가능하다. As a result of the experiment, the partition coefficient K d ( K d = M ZM / M S ) was influenced by the pH of the phosphorus (P) ion reacted with the granular zirconium mesostructure prepared according to the embodiment of the present invention. It was measured to be an independent function of equilibrium concentration. Here, M ZM and M S refer to the amount of ion exchanged phosphorus ions per 1 g of the granular zirconium mesostructure and the amount of phosphorus ions remaining per mL of solution, respectively. At pH 12, since the equivalent concentration is 0.01N and the 1000 ppm of phosphorus-containing solution is 0.0035N, the partition coefficient is considered to be reduced because the granular zirconium sulfate compound is replaced with hydroxide ions rather than phosphorus ions due to the concentration difference. Therefore, the granular zirconium mesostructures prepared according to one embodiment of the present invention, unlike metal adsorbents such as iron oxide or aluminum oxide, have been found to be active adsorbents in acidic and alkaline conditions. For reference, in the case of a metal adsorbent which is active only in an acidic condition, an acidic solution should be added in an alkaline condition, which causes additional maintenance costs and is difficult to use on site due to the expansion of additional facilities. In the case of the invention, it is possible to use the entire pH range depending on the dosage of the meso structure.

다음으로, 도 4 및 표 1을 참조하여 아크릴아미드에 고정화되는 분말 지르코늄 메조구조체의 함량에 따른 흡착 특성을 살펴보기로 한다. 도 4는 아크릴아미드 에 고정화되는 분말 지르코늄 메조구조체의 함량에 따른 유사 2차속도식을 나타낸 것이고, 표 1은 아크릴아미드에 고정화되는 분말 지르코늄 메조구조체의 함량에 따른 흡착용량 및 속도상수를 나타낸 것이다. 도 4 및 표 1의 실험 조건은 온도 20℃, 인 함유 용액 1000 ppm에 40∼100 w/v%의 분말 지르코늄 메조구조체 함량을 갖는 입상 지르코늄 메조구조체 0.7g를 반응시킨 것이다. Next, with reference to Figure 4 and Table 1 will be examined the adsorption characteristics according to the content of the powder zirconium meso structure to be immobilized in acrylamide. Figure 4 shows a pseudo-second-order equation according to the content of the powder zirconium mesostructures immobilized on acrylamide, Table 1 shows the adsorption capacity and rate constant according to the content of the powder zirconium mesostructures immobilized on acrylamide. The experimental conditions of FIG. 4 and Table 1 are 0.7g of granular zirconium mesostructures having a powdered zirconium mesostructure content of 40 to 100 w / v% at a temperature of 20 ° C. and 1000 ppm of a phosphorus containing solution.

입상 지르코늄 메조구조체(ZM)의 인에 대한 동력학적(kinetic) 실험 결과는 Ho와 Mackay(Y. S. Ho and G. McKay, The kinetics of sorption of divalent metal ions onto sphagnum moss peat, Water Research, Volume 34, Issue 3, 2000, Pages 735-742.)에 의해 제안된 유사이차반응모델을 이용해 해석하였으며, 1000 ppm phosphate 50 ml를 60 ml 유리 튜브에 담고 그 안에 제조된 입상 지르코늄 메조구조체를 일정량 넣고 이를 로터리 쉐이커(rotary shaker, 099ARD4512, Glass col co., USA)에서 시간 간격을 두고 일정량의 용액을 채취한 후 0.45μm 멤브레인 필터로 여과한 뒤 용액 속의 잔존 인 농도를 이온 크로마토그래피(ion chromatograpy, DX-120, DIONEX,USA)를 통해서 분석하였다. 유사이차반응모델(pseudo-second order kinetic model)은 다음의 <수학식 1>과 같다.Kinetic test results for the phosphorus of granular zirconium mesostructures (ZM) were reported by Ho and Mackay (YS Ho and G. McKay, The kinetics of sorption of divalent metal ions onto sphagnum moss peat, Water Research, Volume 34, Issue) 3, 2000, Pages 735-742.) Were analyzed using the quasi-secondary reaction model, and 50 ml of 1000 ppm phosphate was placed in a 60 ml glass tube, and a certain amount of granular zirconium mesostructure prepared therein was added to a rotary shaker ( rotary shaker, 099ARD4512, Glass col co., USA), take a certain amount of solution at timed intervals, filter with 0.45μm membrane filter, and measure the residual phosphorus concentration in the solution (ion chromatograpy, DX-120, DIONEX). , USA). A pseudo-second order kinetic model is shown in Equation 1 below.

Figure 112007023354996-pat00001
Figure 112007023354996-pat00001

(여기서, q t t시간에 흡착된 인의 양(mg/g), q e 는 평형상태에 도달했을 때 흡착된 인의 양, k는 반응속도 상수(pseudo-second order reaction rate constant, g/mg·min))Where q t is the amount of phosphorus adsorbed at time t (mg / g), q e is the amount of phosphorus adsorbed when equilibrium is reached, k is the pseudo-second order reaction rate constant, g / mg Min))

<표 1> 아크릴아미드에 고정화되는 분말 지르코늄 메조구조체(ZM)의 함량에 따른 흡착용량 및 속도상수Table 1 Adsorption capacity and rate constant according to the content of powder zirconium mesostructure (ZM) immobilized on acrylamide

k [g/mg min]k [g / mg min] qe[mg/g]qe [mg / g] r2r2 40% ZM40% ZM 2.01 × 10-42.01 × 10-4 54.9054.90 0.990.99 60% ZM60% ZM 2.20 × 10-42.20 × 10-4 61.9761.97 0.990.99 80% ZM80% ZM 3.04 × 10-43.04 × 10-4 63.9463.94 0.990.99 100% ZM100% ZM 4.05 × 10-44.05 × 10-4 70.4670.46 0.990.99

도 4 및 표 1의 실험에 있어서, 100 w/v% 초과의 경우 고분자 겔이 형성되지 않는 것으로 관찰되었으며, 그 원인은 기계적 물성을 제공하는 아크릴아미드의 함량이 부족하기 때문인 것으로 판단된다. 한편, 분말 지르코늄 메조구조체 함량이 증가할수록 인 이온을 흡착할 수 있는 흡착용량이 증가하였으며 흡착속도 또한 상대적으로 증가하는 경향을 나타내었다. 분말 지르코늄 메조구조체의 함량이 100 w/v%일 때 입상 아크릴아미드의 흡착용량은 70.46 mg/g이며 2.23 meq/g에 상응한다. 또한, 아크릴아미드로 고정화한 입상 지르코늄 메조구조체의 속도상수는 4.05×10-4 g/mg.min로 측정되었다.In the experiments of FIG. 4 and Table 1, it was observed that the polymer gel is not formed in the case of more than 100 w / v%, it is because the lack of the acrylamide content that provides mechanical properties. On the other hand, as the content of powder zirconium mesostructures increased, the adsorption capacity for the adsorption of phosphorus ions increased and the adsorption rate also increased relatively. When the content of the powdered zirconium mesostructure is 100 w / v%, the adsorption capacity of the granular acrylamide is 70.46 mg / g and corresponds to 2.23 meq / g. In addition, the rate constant of the granular zirconium meso structure immobilized with acrylamide was measured to be 4.05 × 10 −4 g / mg · min.

다음으로, 표 2를 참조하여 입상 지르코늄 메조구조체의 크기에 따른 흡착용량 및 속도상수를 살펴보기로 한다. 표 2의 실험은, 온도 20℃ 하에서 인 함유 용액 1000ppm에 1, 3, 7mm 크기의 입상 지르코늄 메조구조체를 반응시키는 조건으로 진행되었다. 또한, 입상 지르코늄 메조구조체의 투입함량은 0.7g이다. Next, the adsorption capacity and the rate constant according to the size of the granular zirconium mesostructure will be described with reference to Table 2. The experiment of Table 2 was carried out under the condition of reacting granular zirconium mesostructures of 1, 3 and 7 mm size to 1000 ppm of phosphorus-containing solution under a temperature of 20 ° C. In addition, the input content of the granular zirconium meso structure is 0.7g.

<표 2> 입상 지르코늄 메조구조체의 크기에 따른 흡착용량과 속도상수<Table 2> Adsorption capacity and rate constant according to the size of granular zirconium mesostructure

크기(cm)Size (cm) 메조구조체Meso Structure k [g/mg min]k [g / mg min] qe[mg/g]qe [mg / g] r2r2 7  7 40% ZM40% ZM 2.01 × 10-42.01 × 10-4 54.9054.90 0.990.99 60% ZM60% ZM 2.20 × 10-42.20 × 10-4 61.9761.97 0.990.99 80% ZM80% ZM 3.04 × 10-43.04 × 10-4 63.9463.94 0.990.99 100% ZM100% ZM 4.05 × 10-44.05 × 10-4 70.4670.46 0.990.99 33 100% ZM100% ZM 6.04 × 10-46.04 × 10-4 69.7269.72 0.990.99 1One 100% ZM100% ZM 7.07 × 10-47.07 × 10-4 69.6369.63 0.990.99

흡착용량에 대한 표면적의 영향을 조사하기 위하여 유사2차 속도식을 이용하여 흡착속도상수와 흡착용량이 측정되었다. 일반적으로 입자가 작을수록 수용액에서 인이온과 반응할 빈도가 더 클 것으로 예상되었으며 흡착용량과 속도상수는 큰 입자에 비해 상대적으로 큰 값을 나타낼 것으로 판단되었다. 표 2에서 보는 바와 같이 속도상수는 입자크기가 작을수록 큰 값을 나타내어 비표면적이 증가할수록 빠른 반응속도를 나타내는 것으로 조사되었으나 흡착용량에 있어서는 큰 차이를 나타내지 않는 것으로 조사되었다. To investigate the effect of surface area on the adsorption capacity, the adsorption rate constant and adsorption capacity were measured using pseudo-second order equations. In general, the smaller the particles, the greater the frequency of reaction with phosphorus ions in the aqueous solution, and the adsorption capacity and rate constant would be relatively higher than those of the larger particles. As shown in Table 2, the rate constant showed a higher value as the particle size was smaller and a faster reaction rate as the specific surface area was increased, but it did not show a significant difference in adsorption capacity.

다음으로, 아크릴아미드에 고정화되는 분말 지르코늄 메조구조체의 함량에 따른 입자표면을 관찰하기 위해 FE-SEM을 분석하였다. 5000배로 관찰된 FE-SEM(FEI XL-30 FEG ESEM with EDS) 사진을 도 5에 도시하였으며, 도 5에 있어서 흰 부분은 분말 지르코늄 메조구조체이며 회색부분은 아크릴아미드이다. 도 5는 아크릴아미드에 고정화되는 분말 지르코늄 메조구조체의 함량에 따른 입상 지르코늄 메조구조체의 입자 표면을 나타낸 FE-SEM 사진과 EDS를 통한 조성 분석결과를 나타낸 것이다. 도 5에 있어서, 오른쪽 부분이 EDS를 통한 조성 분석결과이다. Next, the FE-SEM was analyzed to observe the particle surface according to the content of the powder zirconium mesostructures immobilized in acrylamide. The FE-SEM (FEI XL-30 FEG ESEM with EDS) photograph observed at 5000 times is shown in FIG. 5, in which the white part is a powder zirconium mesostructure and the gray part is acrylamide. Figure 5 shows the composition analysis results through the FE-SEM photographs and EDS showing the particle surface of the granular zirconium mesostructures according to the content of the powder zirconium mesostructures immobilized on acrylamide. In Figure 5, the right part is the result of the composition analysis through the EDS.

도 5에 도시한 바와 같이, 분말 지르코늄 메조구조체 함량이 증가할수록 흰 부분이 증가되는 것을 관찰할 수 있었다. 이러한 정성적 분석은 EDS를 이용한 나노 국소영역의 조성분석을 통해 지르코늄이 아크릴아미드에 고정화된 것을 정량적으로 관찰할 수 있었으며, 분말 지르코늄 메조구조체의 함량이 증가할수록 Zr의 피크가 커지는 것을 관찰할 수 있었다. As shown in FIG. 5, it was observed that the white portion increased as the powder zirconium mesostructure content increased. This qualitative analysis was able to quantitatively observe that the zirconium was immobilized in acrylamide through the compositional analysis of the nano-region using EDS, and the Zr peak became larger as the content of the powdered zirconium mesostructure was increased. .

또한, 도 6에 도시한 바와 같이 아크릴아미드 고분자 겔의 기공 크기가 200 nm 미만인 점(Estimation of polyacrylamide-gel pore-size from ferguson plots of normal and anomalously migrating dna fragments, .I. gels containing 3-percent n,n'-methylenebisacrylamide, Holmes D.L., Stellwagen N.C., Electrophoresis 1991, 12, pp253-263)을 고려할 때 제조된 지르코늄 분말의 입도분석(Particle size distribution, CILAS 1064 Liquid, range 0.04 ~ 500.00 ㎛) 결과, 10%에서의 직경은 7.07 ㎛, 50%에서의 직경은 49.14 ㎛, 90%에서의 직경은 104.73 ㎛로 평균 직경은 53.33 ㎛이었다. 따라서, 아크릴아미드에 고정화된 지르코늄 메조구조체 분말의 완전한 포획(entrapment)이 이루어지는 것으로 입증되었다.Also, as shown in FIG. 6, the pore size of acrylamide polymer gel is less than 200 nm (Estimation of polyacrylamide-gel pore-size from ferguson plots of normal and anomalously migrating dna fragments, .I. Gels containing 3-percent n Particle size analysis (Particle size distribution, CILAS 1064 Liquid, range 0.04 to 500.00 μm) of the zirconium powders prepared, considering n'-methylenebisacrylamide, Holmes DL, Stellwagen NC, Electrophoresis 1991, 12, pp253-263), 10% The diameter at was 7.07 μm, the diameter at 50% was 49.14 μm, the diameter at 90% was 104.73 μm and the mean diameter was 53.33 μm. Thus, it has been demonstrated that complete entrapment of zirconium mesostructure powders immobilized in acrylamide is achieved.

다음으로, 입상 지르코늄 메조구조체의 수리학적 저항을 측정하기 위해 투과계수를 측정하였다. 투과계수는 일반적으로 반응기의 스케일업(scale-up)시 중요한 인자로 작용하며 투과계수가 낮으면 반응기의 규모가 커질수록 운전압력이 증가하여 현장에서 사용하기가 어렵다. 따라서 본 실시예에서는 상업용 이온교환수지와 비교하여 투과계수를 비교하였다. 표 3은 입상 지르코늄 메조구조체의 입자 크기에 따른 투과계수를 나타낸 것이다. Next, the transmission coefficient was measured to measure the hydraulic resistance of the granular zirconium mesostructures. In general, the permeation coefficient acts as an important factor in the scale-up of the reactor. If the permeation coefficient is low, the operating pressure increases as the scale of the reactor increases, making it difficult to use in the field. Therefore, in this embodiment, the permeation coefficient was compared with that of the commercial ion exchange resin. Table 3 shows the transmission coefficient according to the particle size of the granular zirconium meso structure.

<표 3> 입상 지르코늄 메조구조체의 입자크기에 따른 투과계수<Table 3> Permeation Coefficients of Particle Size of Granular Zirconium Meso Structures

mediamedia diameter (mm)diameter (mm) Permeability (l/m.hr.㎫)Permeability (l / m.hr.MPa) 상업용 음이온교환수지 (Amberlite IRA 402Cl, Rohn & Haas Co.)  Commercial Anion Exchange Resin (Amberlite IRA 402Cl, Rohn & Haas Co.) 0.7  0.7 49,930  49,930 입상 지르코늄 메조구조체 (ZM_Acrylamide)  Granular Zirconium Meso Structure (ZM_Acrylamide) 1.01.0 71,52071,520 3.03.0 97,48097,480 7.07.0 175,000175,000

표 3에 나타낸 바와 같이, 입상 지르코늄 메조구조체의 투과계수는 입자크기가 증가할수록 증가하였으며 상업용 음이온교환수지와 비교하여 유사한 값을 나타냄으로서 수처리 현장에서 사용하는데 적합한 것으로 판단되었다.As shown in Table 3, the permeation coefficient of the granular zirconium mesostructures increased with increasing particle size and showed similar values compared to commercial anion exchange resins.

이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 입상 지르코늄 메조구조체의 제조방법 및 제조된 입상 지르코늄 메조구조체의 물리화학적 특성 및 인 제거 특성을 살펴보았다. 이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 입상 지르코늄 메조구조체의 재생방법 및 인의 회수방법을 살펴보기로 한다. 도 7은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 입상 지르코늄 메조구조체의 재생방법 및 인의 회수방법을 설명하기 위한 공정도이다. Above, the physicochemical and phosphorus removal characteristics of the granular zirconium meso structure and the prepared granular zirconium meso structure according to an embodiment of the present invention have been described. Hereinafter, the regeneration method of the granular zirconium meso structure and the phosphorus recovery method according to an embodiment of the present invention will be described. 7 is a flowchart illustrating a regeneration method and a phosphorus recovery method of the granular zirconium meso structure according to the first embodiment of the present invention.

본 발명의 제 1 실시예는 물리화학적 방법을 이용하는 것으로서, 먼저, 도 7에 도시한 바와 같이 입상 지르코늄 메조구조체에 의한 인의 제거 공정이 진행된다. 즉, 입상 지르코늄 메조구조체를 반응기 내에 충진한 상태에서 인을 포함하는 유입수를 반응기에 공급하여 유입수 내의 인이 입상 지르코늄 메조구조체에 흡착되도록 한다. 여기서, 상기 입상 지르코늄 메조구조체는 도 1에 의해 제조된 즉, 아 크릴아미드를 이용한 입상 지르코늄 메조구조체이다. The first embodiment of the present invention uses a physicochemical method. First, as shown in FIG. 7, a process of removing phosphorus by a granular zirconium meso structure is performed. That is, the inlet containing phosphorus is supplied to the reactor while the granular zirconium mesostructure is filled in the reactor so that the phosphorus in the influent is adsorbed onto the granular zirconium mesostructure. Here, the granular zirconium meso structure is a granular zirconium meso structure prepared by FIG. 1, that is, using acrylamide.

이와 같은 상태에서, 탈착용액을 이용하여 입상 지르코늄 메조구조체에 흡착되어 있는 인을 탈착시킨다. 이 때, 상기 탈착용액은 0.05∼1.0N의 염화나트륨 수용액, 수산화나트륨 수용액 또는 황산나트륨 수용액이 사용되거나 이들의 조합이 사용될 수 있다. 또한, 상기 인의 탈착됨으로 인해 입상 지르코늄 메조구조체의 재생이 이루어지게 된다. 즉, 탈착 및 재생 과정이 동시에 진행된다. In such a state, the desorption solution is used to desorb the phosphorus adsorbed onto the granular zirconium meso structure. At this time, the desorption solution may be used in the sodium chloride solution, sodium hydroxide solution or sodium sulfate solution of 0.05 ~ 1.0N or a combination thereof. In addition, regeneration of the granular zirconium mesostructure is achieved due to the desorption of phosphorus. In other words, the desorption and regeneration process is performed at the same time.

한편, 흡착된 인의 탈착 과정을 통해, 탈착 과정에 소모된 탈착용액 및 입상 지르코늄 메조구조체로부터 탈착된 인이 상기 소모된 탈착용액 내에 포함되어 배출되는데, 이와 같은 소모된 탈착용액은 인 회수 공정을 통해 인을 선택적으로 제거할 수 있게 된다. On the other hand, through the desorption process of the adsorbed phosphorus, the desorption solution and the phosphorus desorbed from the granular zirconium meso structure is discharged included in the desorption solution consumed in the desorption process, such a desorption solution is consumed through Phosphorus can be selectively removed.

구체적으로, 먼저 소모된 탈착용액 내에 수산화나트륨을 투입하여 소모된 탈착용액의 pH 농도를 높인다. 그런 다음, 해당 소모된 탈착용액을 염화칼슘과 반응시키면 인산칼슘을 회수할 수 있게 되며, 회수된 인산칼슘은 비료로 사용 가능하다. 또한, 인산칼슘이 제거된 탈착용액은 원래의 탈착용액으로 재생된 것을 의미한다. 이에 따라, 재생된 탈착용액은 탈착 과정에 재이용될 수 있다. Specifically, first, sodium hydroxide is added to the spent desorption solution to increase the pH concentration of the desorbed solution. Then, when the consumed desorption solution is reacted with calcium chloride, calcium phosphate can be recovered, and the recovered calcium phosphate can be used as a fertilizer. In addition, the desorption solution from which the calcium phosphate is removed means the regenerated solution of the original desorption solution. Accordingly, the regenerated desorption solution can be reused in the desorption process.

본 발명의 제 2 실시예는 전기화학적 방법을 이용하는 것이며, 전기화학적 방법을 구현하기 위해 도 8a 및 도 8b에 도시한 바와 같이 기구적 장치가 요구된다. 도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제 2 실시예를 구현하기 위한 각각의 세부 실시예로서, 먼저, 도 8a의 기구적 구성 및 이를 이용한 전기화학적 입상 지르코늄 메조구조체의 재생방법 및 인의 회수방법을 설명하기로 한다. A second embodiment of the present invention utilizes an electrochemical method, which requires a mechanical device as shown in FIGS. 8A and 8B to implement the electrochemical method. 8A and 8B are detailed embodiments for implementing the second embodiment of the present invention. First, the mechanical configuration of FIG. 8A and the method of regenerating electrochemical granular zirconium mesostructures using the same and a method of recovering phosphorus will be described. Let's do it.

도 8a에 도시한 바와 같이, 전기화학적 입상 지르코늄 메조구조체의 재생방법 및 인의 회수방법을 구현하기 위한 장치는 제 1 반응실(110)과 제 2 반응실(120)이 구비되며 상기 제 1 반응실(110)과 제 2 반응실(120)은 음이온 교환막(AEM, Anion Exchange Membrane)에 의해 공간적으로 분리된다. 또한, 상기 제 1 반응실(110)에는 음극(-), 제 2 반응실(120)에는 양극(+)이 구비되며, 상기 제 1 반응실(110) 내에는 인이 흡착된 입상 지르코늄 메조구조체가 충진된다. 여기서, 상기 입상 지르코늄 메조구조체는 도 1의 공정에 의해 제조된 입상 지르코늄 메조구조체이다. As shown in FIG. 8A, an apparatus for implementing a method for regenerating an electrochemical granular zirconium mesostructure and a method for recovering phosphorus includes a first reaction chamber 110 and a second reaction chamber 120 and the first reaction chamber. The 110 and the second reaction chamber 120 are spatially separated by an anion exchange membrane (AEM). In addition, a cathode (−) is provided in the first reaction chamber 110 and an anode (+) is provided in the second reaction chamber 120, and a granular zirconium meso structure in which phosphorus is adsorbed in the first reaction chamber 110 is provided. Is filled. Here, the granular zirconium meso structure is a granular zirconium meso structure manufactured by the process of FIG.

이상과 같은 구성을 갖는 장치에 있어서, 전기화학적 입상 지르코늄 메조구조체의 재생방법 및 인의 회수방법은 다음과 같은 과정으로 진행된다.In the apparatus having the above configuration, the regeneration method of the electrochemical granular zirconium meso structure and the recovery method of phosphorus proceed as follows.

먼저, 제 1 반응실(110) 내에 인이 흡착된 입상 지르코늄 메조구조체가 충진된 상태에서 상기 제 1 반응실(110)에는 수산화나트륨 수용액을, 상기 제 2 반응실(120)에는 인산 수용액을 투입시킨다. 상기 제 1 및 제 2 반응실(110)(120) 내에 투입된 수산화나트륨 수용액 및 인산 수용액은 제 1 및 제 2 반응실(110)(120) 내에 구비된 배출구를 통해 배출되도록 되어 있어 해당 수용액들은 각각의 반응실을 순환하게 된다. 이 때, 상기 제 1 반응실(110)을 순환하는 수산화나트륨 수용액의 농도는 0.1∼0.5M이 바람직하고, 상기 제 2 반응실(120)을 순환하는 인산 수용액의 농도는 0.01∼0.1M이 적당하다. First, in a state in which granular zirconium meso structure in which phosphorus is adsorbed is filled in the first reaction chamber 110, an aqueous sodium hydroxide solution is added to the first reaction chamber 110, and an aqueous phosphoric acid solution is added to the second reaction chamber 120. Let's do it. The aqueous sodium hydroxide solution and the phosphoric acid solution introduced into the first and second reaction chambers 110 and 120 are discharged through the discharge ports provided in the first and second reaction chambers 110 and 120, respectively. Circulates the reaction chamber. At this time, the concentration of the aqueous sodium hydroxide solution circulating in the first reaction chamber 110 is preferably 0.1 to 0.5M, the concentration of the aqueous phosphoric acid solution circulating in the second reaction chamber 120 is 0.01 to 0.1M is appropriate. Do.

이와 같은 상태에서 상기 음극 및 양극에 전력을 인가하여 상기 제 1 및 제 2 반응실(110)(120) 내에 전기장을 발생시킨다. 이에, 상기 음극에서는 수산화 이 온(OH-)이 발생되고 상기 양극에서는 수소 이온(H+)이 발생되며, 상기 제 1 반응실(110)과 제 2 반응실(120)은 각각 pH 11∼12, pH 3∼4의 농도로 유지된다. In this state, electric power is applied to the cathode and the anode to generate an electric field in the first and second reaction chambers 110 and 120. Accordingly, hydroxide ions (OH ) are generated at the cathode, and hydrogen ions (H + ) are generated at the anode, and the first and second reaction chambers 110 and 120 are each pH 11-12. It is maintained at a concentration of pH 3-4.

한편, 상기 음극에서 발생된 수산화 이온(OH-) 및 수산화나트륨(NaOH)에서 분리된 수산화 이온(OH-)은 상기 입상 지르코늄 메조구조체에 흡착되어 있는 인 이온(PO4 3-)을 탈착시키고 탈착된 인 이온은 음이온 교환막을 통과하여 제 2 반응실(120)로 이동한다. 상기 제 2 반응실(120)로 이동한 인 이온(PO4 3-)은 상기 양극에서 발생된 수소 이온(H+)과 결합하여 인산(H3PO4)이 생성된다. 생성된 인산은 상기 제 2 반응실(120)을 순환하는 인산 수용액에 혼합되어 외부로 배출된다. On the other hand, the hydroxide ion (OH -) generated from the anode and hydroxide ions (OH -) separated from sodium hydroxide (NaOH) is desorbed and the desorbed ions (PO 4 3-), which is adsorbed on the granular zirconium meso structure Phosphorus ions pass through the anion exchange membrane to the second reaction chamber 120. Phosphorous ions (PO 4 3- ) transferred to the second reaction chamber 120 are combined with hydrogen ions (H + ) generated at the anode to generate phosphoric acid (H 3 PO 4 ). The generated phosphoric acid is mixed with the aqueous phosphoric acid solution circulating in the second reaction chamber 120 and discharged to the outside.

이상의 과정을 통해 입상 지르코늄 메조구조체에 흡착된 인이 제거되고 이에 따라, 입상 지르코늄 메조구조체가 재생되며, 탈착된 인을 인산으로 변환시킴에 따라 탈착된 인을 효과적으로 회수할 수 있게 된다. Phosphorus adsorbed on the granular zirconium mesostructure is removed through the above process, thereby regenerating the granular zirconium mesostructure, thereby effectively recovering the desorbed phosphorus by converting the desorbed phosphorus into phosphoric acid.

다음으로, 도 8b의 기구적 구성 및 이를 이용한 전기화학적 입상 지르코늄 메조구조체의 재생방법 및 인의 회수방법을 설명하기로 한다. Next, the mechanical configuration of FIG. 8B and the regeneration method of the electrochemical granular zirconium meso structure using the same and the recovery method of phosphorus will be described.

도 8b에 도시한 바와 같이, 전기화학적 입상 지르코늄 메조구조체의 재생방법 및 인의 회수방법을 구현하기 위한 장치는 일정 거리 이격되어 배치된 음이온 교환막(AEM)과 양이온 교환막(CEM, Cation Exchange Membrane)이 구비된다. 상기 음이온 교환막 및 양이온 교환막에 의해 제 1, 제 2 및 제 3 반응 실(210)(220)(230)의 공간이 정의된다. 구체적으로, 음이온 교환막의 왼쪽이 제 1 반응실(210), 음이온 교환막과 양이온 교환막 사이가 제 2 반응실(220), 양이온 교환막의 오른쪽이 제 3 반응실(230)로 정의된다. 상기 제 1 반응실(210)에는 음극(-), 제 3 반응실(230)에는 양극(+)이 구비되며, 상기 제 1 반응실(210) 내에는 인이 흡착된 입상 지르코늄 메조구조체가 충진된다. 여기서, 상기 입상 지르코늄 메조구조체는 도 1의 제조방법에 의해 제조된 즉, 아크릴아미드를 이용한 입상 지르코늄 메조구조체이다. As shown in FIG. 8B, an apparatus for implementing a method for regenerating an electrochemical granular zirconium meso structure and a method for recovering phosphorus includes an anion exchange membrane (AEM) and a cation exchange membrane (CEM) disposed at a predetermined distance. do. The space of the first, second and third reaction chambers 210, 220, 230 is defined by the anion exchange membrane and the cation exchange membrane. Specifically, the left side of the anion exchange membrane is defined as the first reaction chamber 210, the second reaction chamber 220 between the anion exchange membrane and the cation exchange membrane, and the right side of the cation exchange membrane is defined as the third reaction chamber 230. The first reaction chamber 210 is provided with a cathode (−), and the third reaction chamber 230 is provided with an anode (+), and the first reaction chamber 210 is filled with a granular zirconium meso structure in which phosphorus is adsorbed. do. Here, the granular zirconium meso structure is a granular zirconium meso structure manufactured by the manufacturing method of FIG. 1, that is, acrylamide.

이상과 같은 구성을 갖는 장치에 있어서, 전기화학적 입상 지르코늄 메조구조체의 재생방법 및 인의 회수방법은 다음과 같은 과정으로 진행된다.In the apparatus having the above configuration, the regeneration method of the electrochemical granular zirconium meso structure and the recovery method of phosphorus proceed as follows.

먼저, 제 1 반응실(210) 내에 인이 흡착된 입상 지르코늄 메조구조체가 충진된 상태에서 상기 제 1 반응실(210)에는 수산화나트륨 수용액을, 제 2 반응실(220)에는 인산 수용액을, 제 3 반응실(230)에는 황산 수용액을 투입시킨다. 상기 제 1, 제 2 및 제 3 반응실(210)(220)(230) 내에 투입된 수산화나트륨 수용액, 인산 수용액 및 황산 수용액은 제 1, 제 2 및 제 3 반응실 내에 구비된 배출구를 통해 배출되도록 되어 있어 해당 수용액들은 각각의 반응실을 순환하게 된다. 이 때, 상기 제 1 반응실(210)을 순환하는 수산화나트륨 수용액의 농도는 0.1∼0.5M이 바람직하고, 상기 제 2 반응실(220)을 순환하는 인산 수용액의 농도는 0.01∼0.1M이 바람직하며, 상기 제 3 반응실(230)을 순환하는 황산 수용액의 농도는 0.01∼0.1M이 바람직하다. First, in a state in which a granular zirconium meso structure in which phosphorus is adsorbed is filled in the first reaction chamber 210, an aqueous sodium hydroxide solution is used in the first reaction chamber 210, and an aqueous phosphoric acid solution is used in the second reaction chamber 220. 3 Aqueous sulfuric acid is added to the reaction chamber 230. The sodium hydroxide solution, the phosphoric acid solution and the sulfuric acid solution introduced into the first, second and third reaction chambers 210, 220 and 230 are discharged through the outlets provided in the first, second and third reaction chambers. The aqueous solutions circulate through the respective reaction chambers. At this time, the concentration of the aqueous sodium hydroxide solution circulating in the first reaction chamber 210 is preferably 0.1 to 0.5M, the concentration of the aqueous phosphoric acid solution circulating in the second reaction chamber 220 is preferably 0.01 to 0.1M. The concentration of the aqueous sulfuric acid solution circulating in the third reaction chamber 230 is preferably 0.01 to 0.1M.

이와 같은 상태에서 상기 음극 및 양극에 전력을 인가하여 상기 제 1 및 제 3 반응실(210)(230) 내에 전기장을 발생시킨다. 이에, 상기 음극에서는 수산화 이온(OH-)이 발생되고 상기 양극에서는 수소 이온(H+)이 발생되며, 상기 제 1 반응실과 제 3 반응실은 각각 pH 11∼12, pH 3∼4의 농도로 유지된다. In this state, electric power is applied to the cathode and anode to generate electric fields in the first and third reaction chambers 210 and 230. Accordingly, hydroxide ions (OH ) are generated at the cathode and hydrogen ions (H + ) are generated at the anode, and the first and third reaction chambers are maintained at pH 11-12 and pH 3-4, respectively. do.

한편, 상기 음극에서 발생된 수산화 이온(OH-) 및 수산화나트륨(NaOH)에서 분리된 수산화 이온(OH-)은 상기 입상 지르코늄 메조구조체에 흡착되어 있는 인 이온(PO4 3-)을 탈착시키고 탈착된 인 이온은 음이온 교환막을 통과하여 제 2 반응실(220)로 이동한다. 상기 제 2 반응실로 이동한 인 이온(PO4 3-)은 상기 양극에서 발생된 수소 이온(H+) 및 황산(H2SO4)에서 분리된 수소 이온(H+)과 결합하여 인산(H3PO4)이 생성된다. 생성된 인산은 상기 제 2 반응실(220)을 순환하는 인산 수용액에 혼합되어 외부로 배출된다. 여기서, 상기 양극에서 발생된 수소 이온(H+) 및 황산(H2SO4)에서 분리된 수소 이온(H+) 제 3 반응실(230)에서 생성되어 양이온 교환막을 통과하여 제 2 반응실로 이동한 것이다. On the other hand, the hydroxide ion (OH -) generated from the anode and hydroxide ions (OH -) separated from sodium hydroxide (NaOH) is desorbed and the desorbed ions (PO 4 3-), which is adsorbed on the granular zirconium meso structure Phosphorus ions pass through the anion exchange membrane to the second reaction chamber 220. Phosphorus ions (PO 4 3- ) transferred to the second reaction chamber combine with hydrogen ions (H + ) generated from the anode and hydrogen ions (H + ) separated from sulfuric acid (H 2 SO 4 ) to phosphoric acid (H 3 PO 4 ) is generated. The generated phosphoric acid is mixed with the aqueous phosphoric acid solution circulating in the second reaction chamber 220 and discharged to the outside. Here, to be produced by the hydrogen ion (H +) and sulfuric acid (H 2 SO 4) The proton separated at (H +) the third reaction chamber 230 is generated at the anode pass through the cation exchange membrane movement chamber the second reaction It is.

이상, 도 8b의 장치를 이용한 전기화학적 입상 지르코늄 메조구조체의 재생방법 및 인의 회수방법을 설명하였는데, 도 8a의 방법과 비교하면 양극에서 발생되는 수소 이온(H+) 이외에 수소 이온의 공급원으로서 황산을 추가함으로써 제 2 반응 실 내의 미반응 인 이온을 최소화할 수 있게 되며, 이를 통해 인의 회수효율을 향상시킬 수 있게 된다. In the above, the regeneration method of the electrochemical granular zirconium meso structure and the recovery method of phosphorus using the apparatus of FIG. 8B have been described. Compared to the method of FIG. 8A, sulfuric acid is used as a source of hydrogen ions in addition to the hydrogen ions (H + ) generated at the anode. In addition, it is possible to minimize the unreacted phosphorus ions in the second reaction chamber, thereby improving the recovery efficiency of phosphorus.

한편, 본 출원인은 도 8b의 기술적 원리를 실제 장치로 구현하였다. 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학적 입상 지르코늄 메조구조체의 재생 및 인의 회수장치이다. 도 9의 장치를 간략하게 정리하면, 모듈을 고정하기 위한 플레이트 팩킹(plate packing), 티타늄에 백금 도금된 양극, SUS316 재질로 구성된 음극, 상기 양극과 음극이 각각 구비되는 양극 및 음극 챔버, 유로를 형성하기 위한 분배기(distributor), 개스킷(gasket) 등으로 구성된다. On the other hand, the applicant has implemented the technical principle of Figure 8b with a real device. 9 is an apparatus for regenerating and recovering phosphorus in an electrochemical granular zirconium mesostructure according to an embodiment of the present invention. 9 briefly shows a plate packing for fixing the module, a plated platinum plated anode in titanium, a cathode made of SUS316 material, an anode and cathode chamber, each of which is provided with the anode and the cathode, and a flow path. It consists of a distributor, a gasket and the like for forming.

이상, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시예에 따른 물리화학적 및 전기화학적 입상 지르코늄 메조구조체의 재생방법 및 인의 회수방법을 설명하였다. 입상 지르코늄 메조구조체의 물리화학적 또는 전기화학적 재생 후 흡착용량 및 속도상수를 살펴보면 표 4에 도시된 바와 같다. In the above, the regeneration method of the physicochemical and electrochemical granular zirconium mesostructures and the recovery method of phosphorus according to the first and second embodiments of the present invention have been described. The adsorption capacity and rate constant after physicochemical or electrochemical regeneration of the granular zirconium mesostructure are shown in Table 4.

<표 4> 입상 지르코늄 메조구조체의 물리화학적/전기화학적 재생 후 흡착용량 및 속도상수<Table 4> Adsorption capacity and rate constant of physicochemical / electrochemical regeneration of granular zirconium mesostructures

Figure 112007023354996-pat00002
Figure 112007023354996-pat00002

표 4에 나타낸 바와 같이, 입상 지르코늄 메조구조체의 물리화학적/전기화학적 재생 후 흡착용량과 속도상수를 비교해보면 96.68 ~ 99.91 %의 재생효율을 보이는 것으로 판명되었다. 전기화학적 재생을 수행하였을 때 전력소모량은 1.12 kWh/ton으로 측정되어 매우 낮은 전력량으로 입상물질의 재생이 가능함을 확인하였다. 이러한 높은 재생효율은 입상 지르코늄 메조구조체의 반복 사용을 가능하게 하여 실용화되었을 때 유지관리비를 줄임으로서 공정의 경제성을 향상시킬 수 있다.As shown in Table 4, the comparison of adsorption capacity and rate constant after physicochemical / electrochemical regeneration of the granular zirconium mesostructure showed 96.68∼99.91% regeneration efficiency. When electrochemical regeneration was performed, the power consumption was measured to be 1.12 kWh / ton, and it was confirmed that regeneration of granular material was possible with very low power. This high regeneration efficiency enables the repeated use of the granular zirconium mesostructures, thereby reducing the maintenance costs when in practice, thereby improving the economics of the process.

본 발명에 따른 입상 지르코늄 메조구조체의 제조방법 그리고 입상 지르코늄 메조구조체의 재생과 인의 회수장치 및 방법은 다음과 같다. A method for producing a granular zirconium meso structure according to the present invention, and an apparatus and method for regenerating and recovering phosphorus of a granular zirconium meso structure are as follows.

분말 지르코늄 메조구조체는 높은 비표면적으로 높은 표면반응과 흡착용량을 갖는 동시에 수중의 인산염을 효과적으로 제거할 수 있는 장점에도 불구하고, 분말형태로 인해 취급이 용이하지 않을 뿐 아니라 운전압력이 높고 부유물질이 포함된 유입수의 경우 사용이 불가능하기 때문에 현장에서의 사용이 지금까지는 어려웠다. Powdered zirconium mesostructures have a high specific surface area, high surface reaction and adsorption capacity, and despite the advantages of effective removal of phosphate in water, they are not easy to handle due to the powder form, but also have high operating pressure and high suspended solids. On-site use has been difficult until now because the included influent was not available.

상기 문제점을 극복하기 위해 분말 지르코늄 메조구조체를 아크릴아미드에 고정화함으로서 현장에서의 편이성을 증대시켰으며 사용된 입상 지르코늄 메조구조체를 물리화학적 그리고 전기화학적으로 재생하여 재사용하는 방법을 제시하였다. 재생으로 유출된 인 이온들은 인산칼슘으로 비료로 사용하는 방법과 인산용액으로 사용하는 방법을 제시하여 향후 100년 안에 고갈될 인광석에 대한 자원재순환 기술을 제시하였다. In order to overcome the above problems, the convenience of in situ was improved by immobilizing the powder zirconium mesostructure in acrylamide, and a method of regenerating and reusing the used granular zirconium mesostructure was physically and chemically suggested. Phosphorus ions released by regeneration were presented as a method of using calcium phosphate as a fertilizer and a phosphate solution to provide a resource recycling technology for phosphate ore that will be depleted in the next 100 years.

향후 환경기초시설의 방류수 수질기준이 더욱 강화되고 있는 바, 이에 대하여 입상 지르코늄 메조구조체를 이용한 흡착기술로 처리효율을 극대화할 수 있고, 오염물에 포함된 인 이온들을 재자원화하여 경제성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. In the future, the effluent water quality standards of environmental foundations will be strengthened further, and the adsorption technology using the granular zirconium meso structure can maximize the treatment efficiency and improve the economic efficiency by recycling the phosphorus ions contained in the pollutants. It works.

Claims (17)

5∼100 w/v% 아크릴아미드를 아크릴아미드의 겔화 반응속도를 증가시키는 촉진제 및 아크릴아미드를 연결하여 그물구조가 형성되도록 하는 가교제와 혼합, 교반하여 제 1 혼합액을 형성하는 단계;Mixing 5 to 100 w / v% acrylamide with a promoter for increasing the gelation reaction rate of acrylamide and a crosslinking agent which connects acrylamide to form a net structure to form a first mixed solution; 상기 제 1 혼합액 내에 분말 지르코늄 메조구조체를 혼합, 교반하여 제 2 혼합액을 형성하는 단계;Mixing and stirring a powder zirconium mesostructure in the first mixture to form a second mixture; 상기 제 2 혼합액 내에 아크릴아미드가 겔로 전이되는 것을 개시하는 반응개시제를 주입하여 겔을 형성하는 단계; 및 Injecting a reaction initiator which initiates the transfer of acrylamide to the gel in the second mixed solution to form a gel; And 상기 겔을 일정 크기로 성형하여 입상 지르코늄 메조구조체를 형성하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 입상 지르코늄 메조구조체의 제조방법.And forming a granular zirconium mesostructure by molding the gel to a predetermined size. 제 1 항에 있어서, 상기 촉진제는 3-디메틸아미노프로피오니트릴(3-(dimethylamino)propionitrile) 인 것을 특징으로 하는 입상 지르코늄 메조구조체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the accelerator is 3-dimethylaminopropionitrile. 제 1 항에 있어서, 상기 3-디메틸아미노프로피오니트릴의 함량은 0.5∼5.0 w/v%인 것을 특징으로 하는 입상 지르코늄 메조구조체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the content of 3-dimethylaminopropionitrile is 0.5 to 5.0 w / v%. 제 1 항에 있어서, 상기 가교제는 메틸렌비스아크릴아미드(NN'-methylene-bis-acrylamide)인 것을 특징으로 하는 입상 지르코늄 메조구조체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the crosslinking agent is methylene bis acrylamide (NN'-methylene-bis-acrylamide). 제 4 항에 있어서, 상기 가교제의 함량은 0.5∼5.0 w/v%인 것을 특징으로 하는 입상 지르코늄 메조구조체의 제조방법.The method of claim 4, wherein the content of the crosslinking agent is 0.5 to 5.0 w / v%. 제 1 항에 있어서, 상기 분말 지르코늄 메조구조체의 함량은 10∼200 w/v% 인 것을 특징으로 하는 입상 지르코늄 메조구조체의 제조방법.The method of claim 1, wherein the content of the powder zirconium mesostructure is 10 to 200 w / v%. 제 1 항에 있어서, 상기 아크릴아미드의 함량은 90 w/v% 인 것을 특징으로 하는 입상 지르코늄 메조구조체의 제조방법. The method of claim 1, wherein the content of acrylamide is 90 w / v%. 제 1 항의 입상 지르코늄 메조구조체의 제조방법에 의해 제조된 입상 지르코늄 메조구조체의 재생방법 및 인의 회수방법에 있어서, In the reclaiming method of granular zirconium mesostructures produced by the method for producing granular zirconium mesostructures of claim 1 and the method of recovering phosphorus, 수산화나트륨 수용액, 염화나트륨 수용액, 황산나트륨 수용액 중 어느 하나 또는 이들의 조합된 수용액을 탈착용액으로 하여 인이 흡착된 입상 지르코늄 메조구조체를 반응시켜 흡착된 인을 탈착시키는 것을 특징으로 하는 입상 지르코늄 메조구조체의 재생방법과 인의 회수방법.Regeneration of the granular zirconium meso structure, characterized in that the adsorbed phosphorus is desorbed by reacting the granular zirconium meso structure in which phosphorus is adsorbed using an aqueous solution of sodium hydroxide solution, sodium chloride solution or sodium sulfate solution or a combination thereof. Method and recovery of phosphorus. 제 8 항에 있어서, 상기 인이 흡착된 입상 지르코늄 메조구조체의 탈착 과정에 사용된 탈착용액에 수산화나트륨을 투입한 다음, 해당 탈착용액과 염화칼슘을 반응시켜 인산칼슘을 회수하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 입상 지르코늄 메조구조체의 재생방법과 인의 회수방법.The method of claim 8, further comprising the step of recovering calcium phosphate by injecting sodium hydroxide into the desorption solution used in the desorption process of the granular zirconium meso structure adsorbed by phosphorus, and then reacting the desorption solution with calcium chloride. A method for regenerating granular zirconium mesostructures and a method for recovering phosphorus. 제 8 항에 있어서, 상기 수산화나트륨 수용액, 염화나트륨 수용액, 황산나트륨 수용액 중 어느 하나 또는 이들의 조합된 수용액의 농도는 0.05∼1.0N 인 것을 특징으로 하는 입상 지르코늄 메조구조체의 재생방법과 인의 회수방법.9. The method of claim 8, wherein the concentration of any one of the aqueous sodium hydroxide solution, aqueous sodium chloride solution, and aqueous sodium sulfate solution or a combination thereof is 0.05 to 1.0 N. 제 1 항에 의해 제조된 입상 지르코늄 메조구조체의 재생 및 인 회수장치에 있어서, In the regeneration and phosphorus recovery apparatus of the granular zirconium meso structure manufactured according to claim 1, 음이온 교환막에 의해 공간적으로 분리되는 제 1 반응실과 제 2 반응실을 구비하며, 상기 제 1 반응실에는 인이 흡착된 입상 지르코늄 메조구조체가 구비되고, 상기 제 1 반응실에는 음극이, 상기 제 2 반응실에는 양극이 구비되며, A first reaction chamber and a second reaction chamber are spatially separated by an anion exchange membrane, and the first reaction chamber is provided with a granular zirconium meso structure in which phosphorus is adsorbed, and the first reaction chamber has a negative electrode, and the second reaction chamber. The reaction chamber is provided with an anode, 상기 제 1 반응실 내에는 수산화나트륨 수용액이 순환하고, 상기 제 2 반응실 내에는 인산 수용액이 순환하는 것을 특징으로 하는 입상 지르코늄 메조구조체의 재생 및 인 회수장치.An aqueous sodium hydroxide solution circulates in the first reaction chamber, and an aqueous phosphoric acid solution circulates in the second reaction chamber, wherein the granular zirconium meso structure is recovered. 제 1 항에 의해 제조된 입상 지르코늄 메조구조체의 재생 및 인 회수장치에 있어서, In the regeneration and phosphorus recovery apparatus of the granular zirconium meso structure manufactured according to claim 1, 일정 거리 이격되어 배치된 음이온 교환막 및 양이온 교환막에 의해 제 1, 제 2 및 제 3 반응실의 공간이 순차적으로 정의되며, 상기 제 1 반응실에는 인이 흡착된 입상 지르코늄 메조구조체가 구비되고, 상기 제 1 반응실에는 음극이, 상기 제 3 반응실에는 양극이 구비되며, Spaces of the first, second and third reaction chambers are sequentially defined by anion exchange membranes and cation exchange membranes spaced at a predetermined distance, and the first reaction chamber is provided with a granular zirconium meso structure in which phosphorus is adsorbed. A cathode is provided in the first reaction chamber, and an anode is provided in the third reaction chamber. 상기 제 1 반응실 내에는 수산화나트륨 수용액이 순환하고, 상기 제 2 반응실 내에는 인산 수용액이 순환하며, 상기 제 3 반응실 내에는 황산 수용액이 순환하는 것을 특징으로 하는 입상 지르코늄 메조구조체의 재생 및 인의 회수장치.Regeneration of the granular zirconium mesostructure, wherein an aqueous sodium hydroxide solution circulates in the first reaction chamber, an aqueous phosphoric acid solution circulates in the second reaction chamber, and an aqueous sulfuric acid solution circulates in the third reaction chamber. Recovery device of phosphorus. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 수산화나트륨 수용액의 농도는 0.1∼0.5M 인 것을 특징으로 하는 입상 지르코늄 메조구조체의 재생 및 인의 회수장치.13. The apparatus for regenerating and recovering phosphorus zirconium mesostructures according to claim 11 or 12, wherein the concentration of the aqueous sodium hydroxide solution is 0.1 to 0.5 M. 제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 인산 수용액의 농도는 0.01∼0.1M 인 것을 특징으로 하는 입상 지르코늄 메조구조체의 재생 및 인의 회수장치.13. The apparatus for regenerating and recovering phosphorus zirconium mesostructures according to claim 11 or 12, wherein the concentration of the aqueous solution of phosphoric acid is 0.01 to 0.1 M. 제 12 항에 있어서, 상기 황산 수용액의 농도는 0.01∼0.1M 인 것을 특징으로 하는 입상 지르코늄 메조구조체의 재생 및 인의 회수장치.13. The apparatus for regenerating and recovering phosphorus zirconium mesostructures according to claim 12, wherein the concentration of the sulfuric acid aqueous solution is 0.01 to 0.1 M. 제 11 항의 입상 지르코늄 메조구조체의 재생 및 인의 회수장치를 이용한 입상 지르코늄 메조구조체의 재생 및 인의 회수방법에 있어서, In the method of regenerating and recovering the granular zirconium meso structure using the reclaiming granular zirconium meso structure of claim 11 and the recovery of phosphorus, 상기 음극에서 발생하는 수산화 이온 및 수산화나트륨에서 분리된 수산화 이온에 의해 상기 입상 지르코늄 메조구조체로부터 인 이온이 탈착되고, 탈착된 인 이온은 상기 음이온 교환막을 통과한 후 상기 양극에서 발생된 수소 이온과 반응하여 인산을 형성하는 것을 특징으로 하는 입상 지르코늄 메조구조체의 재생 및 인의 회수방법.Phosphorus ions are desorbed from the granular zirconium mesostructure by the hydroxide ions generated at the cathode and the hydroxide ions separated from sodium hydroxide, and the desorbed phosphorus ions pass through the anion exchange membrane and react with the hydrogen ions generated at the anode. Regenerating granular zirconium mesostructures and phosphorus recovery method characterized by forming a phosphoric acid. 제 12 항의 입상 지르코늄 메조구조체의 재생 및 인의 회수장치를 이용한 입 상 지르코늄 메조구조체의 재생 및 인의 회수방법에 있어서, In the method of regenerating the granular zirconium meso structure and the recovery of phosphorus using the regeneration of the granular zirconium meso structure of claim 12 and the recovery of phosphorus, 상기 음극에서 발생하는 수산화 이온 및 수산화나트륨에서 분리된 수산화 이온에 의해 상기 입상 지르코늄 메조구조체로부터 인 이온이 탈착되고, 탈착된 인 이온은 상기 음이온 교환막을 통과한 후 상기 양극에서 발생된 수소 이온 및 황산에서 분리된 수소 이온과 반응하여 인산을 형성하는 것을 특징으로 하는 입상 지르코늄 메조구조체의 재생 및 인의 회수방법.Phosphorus ions are desorbed from the granular zirconium mesostructure by the hydroxide ions generated at the cathode and the hydroxide ions separated from the sodium hydroxide, and the desorbed phosphorus ions pass through the anion exchange membrane and then generate hydrogen ions and sulfuric acid at the anode. A method of regenerating and recovering the granular zirconium mesostructure, characterized by reacting with hydrogen ions separated from to form phosphoric acid.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1192122A (en) 1997-09-25 1999-04-06 Kubota Corp Recovering method of phosphorus from solid material containing phosphorus
KR100422224B1 (en) 1994-09-09 2004-07-15 오리카 오스트레일리아 프로프라이어터리 리미티드 Polymer beads and methods for making same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100422224B1 (en) 1994-09-09 2004-07-15 오리카 오스트레일리아 프로프라이어터리 리미티드 Polymer beads and methods for making same
JPH1192122A (en) 1997-09-25 1999-04-06 Kubota Corp Recovering method of phosphorus from solid material containing phosphorus

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
대한환경공학회지, 2006, Vol.28(6), pp.583-587(5)

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